Натали Джоанна Эммануэль родилась 2 марта 1989 года в английском городе Саутенд-он-Си, в семье англичанина и доминиканки. Также в семье выросла старшая дочь Луиза.

С 3 до 12 лет Натали училась в школе Святой Хильды, а в 12 лет пошла в старшую школу Вестклиффа для девочек.

В возрасте 10 лет Натали начала театральную карьеру, начав выступать на сценах профессиональных театров Вест-Энда. Первой ее ролью была юная Нала в мюзикле «Король Лев».

В 2006 году, окончив школу, Натали прошла кастинг на роль Саши Валентайн в сериал «Холлиокс», которую исполняла на протяжении 4 лет.

В 2011 году актриса появилась в эпизодических ролях в сериалах «Катастрофа» и «Отбросы», а в 2012 году состоялся ее дебют на большом экране. Натали досталась роль Карлы в триллере «28 тысяч», в котором вместе с ней снялась Кая Скоделарио.

В том же 2012 году стало известно, что Натали Эммануэль получила роль Миссандеи в сериале «Игра престолов». Роль переводчика и помощницы Дейенерис Таргариен в одном из самых популярных сериалов принесла ей всемирную известность.

В 2013 году Натали вошла в список 100 самых сексуальных женщин по версии журнала FHM.

Весной 2015 года Натали появилась в роли хакера Меган Рамси в седьмой части экшн-франшизы «Форсаж», а также закончила съемки во второй части фантастической картины «Бегущий в лабиринте», где ей досталась роль Харриет. Выход последней ожидается в сентябре 2015 года.