Nancy Jean Cartwright nació el 25 de octubre del año 1957 en Kettering, Ohio.

Se mudó a Hollywood en 1978 y estudió junto al actor de voz Daws Butler.

Su primer papel como profesional fue realizar la voz de Gloria en la serie animada Ricky Ricón, tras lo cual tuvo un protagónico en la película para televisión Marian Rose White (1982) y su primer largometraje, Twilight Zone: The Movie (1983).

En 2000, publicó su autobiografía, My Life as a 10-Year-Old Boy, y más tarde la adaptó en un monólogo.

Los jueces le sugerían que se dedicase a realizar voces de dibujos animados.

Cartwright lo llamó, y dejó un mensaje con acento de Cokney en su máquina contestadora.

Durante el año siguiente continuó de esta forma, completando un libreto nuevo cada varias semanas.

Cartwright describió el programa como "digno de olvidarse, pero realmente propulsó mi carrera como actriz".

[10]​ De regreso en Los Ángeles, Cartwright obtuvo el protagónico en la película para televisión Marian Rose White.

[12]​ Cartwright le respondió enviándole una carta en la que aseguró no ser bizca, e incluyó una fotografía.

[15]​ Cartwright continuó trabajando como actriz de voz en series y programas como Pound Puppies, Popeye and Son, Snorks, My Little Pony, Saturday Supercade y la película The Chipmunk Adventure (1987).

Él le recomendó que estudiase La strada, una película italiana de 1956 protagonizada por Giulietta Masina y dirigida por Federico Fellini.

[18]​ Visitó Italia con la intención de conocer a Fellini y para pedirle permiso en persona.

[18]​ La obra fue coescrita por Peter Kjenaas, y Cartwright ganó un Premio Drama-Logue luego de interpretarla en Los Ángeles en 1995.

[27]​ Cartwright también ha aparecido en cámara en numerosas series de televisión y películas, tales como Fame, Empty Nest, Cheers, El príncipe del rap, Twilight Zone: The Movie, Flesh + Blood, y Godzilla.

El productor ejecutivo de Los Simpson, Al Jean, ha dado alguna pista sobre el descontento declarando que: "Los Simpson no apoyan, ni han apoyado nunca, ninguna religión, filosofía o sistema de creencias más profundo que las barritas Butterfinger (una chocolatina)".

Cartwright fue educada en el catolicismo,[29]​ pero luego se unió a la Iglesia de la Cienciología en 1991.