Natascha McElhone nasceu em Walton on Thames, Londres. Ela frequentou várias escolas, sendo a Camden School for Girls a última.
Natascha McElhone se estabeleceu como uma atriz talentosa ao deixar a escola de teatro em 1993 para interpretar o papel principal em seu primeiro filme, Sobrevivendo a Picasso de Merchant Ivory, ao lado de Anthony Hopkins.
Ela rapidamente seguiu com o filme de Peter Weir, The Truman Show; The Devil's Own, de Alan J. Pakula, com Brad Pitt e Harrison Ford; e o épico de ação de John Frankenheimer, Ronin, no qual ela co-estrelou com Robert De Niro. Ela também interpretou Rosalind para Kenneth Branagh's Berowne em sua versão musical de Love's Labour's Lost, de William Shakespeare.
Em 2003, McElhone co-estrelou com George Clooney na história de amor futurista de Steven Soderbergh, Solaris. McElhone estrelou a minissérie da TNT, The Company, um drama indicado ao Globo de Ouro. Em 2005, ela estrelou a minissérie indicada ao Emmy da NBC, Revelations.
Natascha McElhone estrela ao lado de David Duchovny na série da Showtime, ganhadora do Globo de Ouro, Californication (2007).
McElhone também estrela o filme de fantasia infantil, The Secret Of Moonacre Manor, com Ioan Gruffud. Ela dividiu o papel-título em Mrs. Dalloway com Vanessa Redgrave dirigido pela diretora vencedora do Oscar Marleen Gorris. Outros créditos importantes de McElhone em filmes incluem City Of Ghosts, com Matt Dillon e Gérard Depardieu; Laurel Canyon, com Christian Bale e Francis McDormand; e Ladies In Lavender, com Dame Judi Dench e Dame Maggie Smith.
Mais recentemente, ela estrelou em The Kid e em dois outros filmes britânicos 'The Theatre Of Dreams', com Toby Stephens e Brian Cox e na adaptação de Julian Fellowes de 'Romeo And Juliet' a ser lançado em março de 2013. Ela acaba de concluir as filmagens 'The Sea' estrelando com Rufus Sewell, Ciaran Hinds e Charlotte Rampling também será lançado em 2013.
