En 2001 participó en la obra de teatro La gaviota del escritor ruso Antón Chéjov, la cual se estrenó en el Public Theater de Nueva York. En 2005, por su actuación en el drama Closer fue acreedora de un Globo de Oro a la mejor actriz de reparto y fue nominada a un premio Óscar en la misma categoría. Para su papel protagonista en V de Vendetta se rapó la cabeza y aprendió a hablar con acento británico, su actuación le valió un premio Saturn a la mejor actriz. Posteriormente interpretó el papel principal en las películas históricas Los fantasmas de Goya (2006) y The Other Boleyn Girl (2008). En mayo de 2008 se convirtió en el miembro más joven del jurado de la 61ª edición del Festival de Cannes. Ese mismo año debutó como directora en el cortometraje Eve, el cual fue estrenado en la 65ª edición del Festival Internacional de Cine de Venecia.
En 2011 por su interpretación protagonista en Black Swan fue ganadora de un premio Óscar a la mejor actriz, un Globo de Oro a la mejor actriz en un drama, un Premio del Sindicato de Actores a la mejor actriz protagonista y un premio BAFTA a la mejor actriz.
Portman nació en Jerusalén, Israel. Su padre, Avner Hershlag, es un médico especialista en fertilidad y su madre, Shelley Hershlag (nacida Stevens), es un ama de casa estadounidense que trabaja como su agente artística. Sus antepasados maternos fueron inmigrantes judíos de Rusia y Austria y sus antepasados paternos, judíos que se trasladaron a Israel desde Polonia y Rumania. Su abuelo materno, quien perdió a sus padres en Auschwitz, fue profesor de economía en Israel y su bisabuela, originaria de Rumania, sirvió como espía para el Servicio de Inteligencia Británico durante la Segunda Guerra Mundial. Los padres de Portman se conocieron en el centro de estudios judaicos de la Universidad Estatal de Ohio.