Натали Мартинес родом из Флориды, из одного из самых крупных и шумных городов этого солнечного штата – Майами. Ее родители не жалели средств на образование своей единственной дочери. Помимо того, что она училась в очень престижной муниципальной школе «Сент-Брендан», девочка еще посещала частную католическую в Уэчестере. А кроме того, она посещала курсы юных моделей, поскольку ее мама мечтала о том, чтобы девочка когда-то поучаствовала в конкурсе красоты, и для этого были все основания. Натали росла очень красивой девочкой с идеальными чертами лица, прекрасным телосложением, и неподражаемо обаятельной улыбкой. Обучение в модельной студии пошло настолько успешно, что еще учась в школе, юная красавица начала подрабатывать фотомоделью, а в 2008 году Натали Мартинес решила принять участие в ежегодном конкурсе «Мисс Флорида». Несмотря на свой не слишком высокий рост, который не дотягивает даже до метра семидесяти, что, вероятно и не позволило ей выйти в финал, девушка настолько понравилась публике и членам жюри за свой непосредственный характер, искренность и доброжелательность, что ей присвоили титул «Мисс Дружелюбие», так что незамеченной она не осталась. Однако ее актерская карьера началась даже раньше ее успеха на конкурсе красоты. Сериалы с Натали Мартинес начали выходить на экраны с 2006 года. Первым стал проект «Дом моды», а в 2007 ее пригласили в сериал «Святые и грешники». По-настоящему узнаваемой она стала в 2010-м, когда ей досталась главная роль в сериале «187 Детройт», в котором она сыграла детектива.
Пробовала актриса пробиться и на большой экран, однако на сегодняшний день фильмов с Натали Мартинес не густо. Можно назвать только один проект под названием «Смертельная гонка», однако пока этот опт в ее карьере единственный.
Натали активно пробует себя и в других жанрах. Например, она с удовольствием снимается в музыкальных клипах, в ее активе уже шесть музыкальных ролика, в том числе и «Синьорита» Джастина Тимбелейка.