Famosa por su compromiso escénico y su talento actoral, en la primera parte de su carrera se ha cimentado en roles de soprano ligera, gracias a la facilidad en el registro sobreagudo (que alcanza el la bemol 6) pero enseguida ha extendido su repertorio a roles más dramáticos.

Quitó la h de su nombre en honor a Natalie Wood cuando era estudiante, más tarde cambió su apellido para simplificarlo.

Fue animada a trabajar su voz en el Conservatorio Nacional Regional de Burdeos, y obtuvo experiencia como coreuta en Toulouse.

También participa en la Competencia Internacional Mozart en la Ópera Estatal de Viena, ganando el primer premio.

Admitirá en numerosas ocasiones que habiendo comenzado relativamente tarde su carrera lírica, no va a poder jamás abordar roles más complejos de solfeo, y que deberá renunciar a proposiciones interesantes por falta de tiempo para aprender partes difíciles.

La producción de Roman Polanski no fue bien recibida, pero fue el primer paso en el camino al estrellato para Natalie Dessay.

Su Olympia recibe la aclamación del público vienés y alabanzas de Plácido Domingo.

En esta época rehúsa abordar roles un poco más dramáticos (que requieren potencia en el grave o el medio).

Aun cuando estaba renuente a asumir este rol, diciendo que no quería interpretar personajes malvados, el director Robert Carsen la convence de que esta reina podía ser diferente, casi hermana de Pamina.

En otros medios, dio voz a la cantante de ópera Anna Sörensen en la película Feliz Navidad, en 2005.