Nathalie Boyer débute sa carrière d'actrice à l'âge de six ans dans la compagnie de théâtre et de chorale Les Baladins de l'Artense, et participe aux ateliers cinéma de son lycée. Elle a hérité de sa grand-mère l'amour du cinéma. Inconditionnelle des films avec Jean-Paul Belmondo et des westerns, elle développe un tropisme pour les productions et les cultures anglophones. Bilingue français-anglais, elle a notamment tenu un atelier d'acting avec Don Swayze à Los Angeles.

En 2014, elle participe à plusieurs projets sélectionnés à l'International Laughlin Festival : Un Ticket pour la Mort, Carmela, Je suis à venir et Hans, Lee et Papa Schultz, court métrage primé pour ses références à Tarantino. Elle apparaît dans de nombreuses productions télévisuelles et cinématographiques parmi lesquelles : Metal Hurlant Chronicles avec C. Adkins, Darren Shahlavi, Michael Jai White, Meurtres en Auvergne, Baron Noir, Engrenages, Laval le collaborateur.

En 2019, Nathalie Boyer devient membre de la commission de l'ADAMI et reçoit le prix du meilleur film français pour le court métrage Pass it on au Global Short film festival de New York, l'année suivante celui du meilleur film pour le court métrage Dandelion tourné pendant le confinement sur fond vert. Elle est ensuite castée dans le premier long métrage de Just Philippot La Nuée, sélectionné à la prestigieuse Semaine de la critique à Cannes en 2020 et couronné du prix de la critique et du public au festival de Gérardmer.

Egérie et ambassadrice de plusieurs marques, Nathalie Boyer est également photographe avec plusieurs expositions à son actif dont une sur les animaux : 24h en Auvergne. Mais c'est surtout une actrice de conviction, engagée quotidiennement dans la défense des droits des animaux et la protection de la planète ; causes au cœur d'un documentaire qu'elle prépare sur le conservationniste néo-zélandais, Pete Bethune, et qu'elle accompagnera prochainement à bord du vaisseau Le Modock dans le cadre de plusieurs missions pour éveiller les consciences et faire réagir chaque citoyen du monde.