Nascida no Peru, filha de mãe peruana e pai argentino, Nathalie imigrou para Sydney, na Austrália, aos 2 anos de idade, onde mais tarde frequentou a prestigiada North Sydney Girls High School, cujos ex-alunos incluem Nicole Kidman e Catherine Martin.
Ela mostrou um interesse em atuar em uma idade jovem e se matriculou em aulas de verão no NIDA. Um de seus professores era o ator australiano Nick Bishop, que, 10 anos depois, interpretaria seu interesse amoroso no programa da ABC Body of Proof.
Quando adolescente, passava os verões no Brasil, onde se dedicava à dança brasileira e aprendia a falar fluentemente o português. Quando tinha 18 anos, ela se encontrou morando em São Paulo, Brasil, dividindo seu tempo entre a modelagem para a agência L'Equipe e trabalhando com crianças de rua. Este último acabou convencendo-a a voltar para a Austrália e se formar em Ciência Política na Universidade de New South Wales, com especialização em Desenvolvimento do Terceiro Mundo.
Durante seus estudos, Nathalie se voluntariou e tornou-se muito próxima da comunidade aborígine no subúrbio de Redfern. Foi durante o seu tempo que a grande oportunidade de Nathalie veio quando ela reservou o papel principal no piloto de Brad Kern / Aaron Spelling 'Mermaid', para o qual ela adiou seu diploma e se mudou para Los Angeles.
Poucos meses depois, ela havia reservado um papel em Fast and Furious Tokyo Drift como a principal mulher, Neela. Para o papel, Nathalie aprendeu japonês além de se afastar.
O filme foi seguido por papéis em filmes como Take Me Home Tonight, durante os quais ela também estrelou o primeiro single de Bruno Mars, Just The Way You Are. Seu papel de Dani mediu 8 episódios durante a 2ª Temporada de Body of Proof. Mais recentemente, Nathalie acabou de finalizar um piloto da Lifetime intitulado Unreal, no momento em que Nathalie está escrevendo e fazendo um show de viagens.
Em 2012, Nathalie embarcou em uma colaboração contínua com o fotógrafo cult Neil Krug.
Ela está atualmente (em 2014) residindo em Vancouver filmando uma nova série para a vida chamada Unreal.
