Natalie Wood was de dochter van een architect van Russische afkomst en een balletdanseres met Franse roots. Ze begon met het volgen van danslessen nog voor ze goed en wel kon stappen. Op vijfjarige leeftijd had ze al haar eerste filmrolletje beet in Happy Land. In die film waren ook heel wat bewoners van Santa Rosa in Californië, de stad waar Wood woonde, te zien in een rol als figurant. Regisseur Irving Pichel zag dat het goed was waardoor hij Wood drie jaar later een rol gaf in Tomorrow Is Forever met onder meer Claudette Colbert en Orson Welles. Haar rol als kind kreeg nog een vervolg in Miracle on 34th Street waar ze te zien was als de sceptische vriendin van Kris Kringle (rol van Edmund Gwenn). Natalie Wood maakte naadloos de overstap naar tieneractrice en finaal volwaardig volwassen actrice, iets wat weinig kindsterretjes haar voor deden. Nochtans waren niet alle critici even enthousiast over haar acteerprestaties wat ertoe leidde dat de Nationaal Lampoon de jaarlijkse prijs van slechtste acteerprestatie door een actrice introduceerde onder de noemer de Natalie Wood Award.

Ondanks dit alles speelde ze zich nog meer in de kijker met twee films van Warner Bros halfweg de jaren ’50. Als gevoelig vriendinnetje van James Dean in Rebel Without a Cause maar natuurlijk ook haar rol in The Searchers. Daarin speelde ze de rol van een vrouw die door indianen wordt ontvoerd, gezocht door John Wayne en Jeffrey Hunter, die zich uiteindelijk aansluit bij de gemeenschap van de indianen.

Een andere sterke rol was die in West Side Story als de Portoricaanse heldin Maria. Maar ook haar verschijning in de parodie Bob & Carol & Ted & Alice van Paul Mazursky werd een succes.

Natalie Wood kwam op een wat ongelukkige manier om het leven toen ze verdronk in zee tijdens een uitstap op een jacht. In 1972 was ze voor de tweede keer getrouwd met Robert Wagner (hun eerste huwelijk hield stand van 1957 tot 1963) nadat ze van 1969 tot 1972 getrouwd was met filmproducent Richard Gregson en met hem een dochter had : Natasha Wagner. Ook zij werd actrice. Lana Wood was de zus van Natalie Wood.