Née dans un milieu artistique, ayant appris à danser dès son plus jeune âge, elle est remarquée par le cinéaste Irving Pichel, qui lui donne un rôle important dans Demain viendra toujours (1946). Cette actrice ravissante au talent précoce sait très vite donner la réplique à des professionnels aussi redoutables qu'Orson Welles (Demain viendra toujours), Gene Tierney (l'Aventure de M Muir, J. L. Mankiewicz, 1947) ou Walter Brennan (Driftwood, A. Dwan, 1947). Un temps associée à Tab Hunter (Collines brûlantes, S. Heisler, 1956) après avoir été la partenaire de James Dean (la Fureur de vivre, N. Ray, 1955), elle devient une des jeunes actrices les plus populaires des années 50. C'est alors qu'elle se marie avec Robert Wagner. Elle passe avec éclat aux rôles d'adulte dans la Fureur d'aimer (I. Rapper, 1958). Mais le public semble réticent à ce changement et, malgré le succès de West Side Story (R. Wise et J. Robbins, 1961), Natalie Wood connaît une période d'instabilité professionnelle et personnelle. C'est à ce moment qu'Elia Kazan la choisit pour être l'héroïne de la Fièvre dans le sang (1961), une adolescente perturbée et hypersensible, aux brusques élans de tendresse, qui reste son interprétation la plus bouleversante, face à un Warren Beatty également névrosé. Elle a inexplicablement, aux États-Unis, la réputation d'être une piètre actrice. Si elle n'est jamais à l'aise dans la comédie, à cause d'une propension à l'agitation vaine, dans le registre dramatique, elle conjugue une grande beauté à une intensité qui force l'adhésion. À Bob et Carole et Ted et Alice (Paul Mazursky, 1969), on préférera ses créations plus populaires et plus justes d'Une certaine rencontre (R. Mulligan, 1964), Daisy Clover (id., 1966) ou Propriété interdite (S. Pollack, id.), personnages difficiles qu'elle fait vivre avec acuité. Après s'être remariée avec Robert Wagner dont elle s'était séparée, elle devient de plus en plus rare au cinéma (son dernier film, Brainstorm, de Douglas Trumbull, est sorti sur les écrans en 1983) mais travaille beaucoup pour la télévision. Elle est morte mystérieusement en mer, au lendemain d'une soirée entre amis.
