Natalie Dormer, 11 Şubat 1982 tarihinde Reading, Berkshire, İngiltere'de doğdu. Oxford'daki Chiltern Edge Secondary School ve Reading Blue Coat School'da eğitim gördü. Babasıyla birlikte yaşayan Dormer, okul yıllarında netbol takımının başına geçtiği bir spiker takımında yer aldı. Tiyatro eğitimi için Webber Douglas Academy of Dramatic Art'a kabul edildi. Dormer, okul yıllarında dans eğitimi aldı.

Natalie Dormer'in oyunculuk kariyeri, The Tudors ve Game of Thrones'daki ünlü rolleriyle yükseldi. Showtime dizisi The Tudors'da Anne Boleyn'i canlandırdı ve HBO dizisi Game of Thrones'da Margaery Tyrell rolünü üstlendi. Bu roller ona sinema dünyasında önemli bir yere kazandı.