Natascha Abigail Taylor, známá spíše pod uměleckým jménem Natascha McElhone, se narodila 14. prosince 1969 v Surrey v Anglii. Její rodiče, Noreen McElhone a Michael Taylor, byli oba novináři. Když jí byly pouhé dva roky, její rodiče se rozvedli. Natascha se poté s matkou a bratrem přestěhovala do Brightonu, kde matka začala vyučovat na umělecké škole. Později se její matka provdala za novináře Roye Greenslada. Natascha navštěvovala dívčí školu St Mary’s Hall v Brightonu. Její zájem o herectví ji nakonec přivedl na prestižní London Academy of Music and Dramatic Art (LAMDA), kde studovala herectví a úspěšně promovala v roce 1993. Během studií v LAMDA si vzala matčino rodné příjmení McElhone jako své umělecké jméno.
Po dokončení studia začala Natascha McElhone rychle sbírat zkušenosti na divadelních prknech, kde se objevila v inscenacích jako „Richard III.“, „Sen noci svatojánské“ nebo „Hraběnka Cathleen“. Zároveň se začala prosazovat i v televizi. První menší role získala v seriálech jako „Bergerac“ (1991) a „Absolutely Fabulous“ (1992). Její první výraznější televizní rolí byla postava v seriálu „Fallen Angels“ z roku 1993. Opravdový průlom v její filmové kariéře nastal v roce 1996, kdy si zahrála po boku Anthonyho Hopkinse v životopisném dramatu „Přežít Picassa“ (Surviving Picasso), kde ztvárnila Françoise Gilot, jednu z Picassových múz. Tato role jí otevřela dveře do Hollywoodu a přinesla jí mezinárodní pozornost.
Následující roky byly pro Nataschu McElhone velmi plodné. V roce 1997 se objevila v akčním thrilleru „Tichý nepřítel“ (The Devil’s Own) po boku hvězd jako Harrison Ford a Brad Pitt. Téhož roku si zahrála i ve filmové adaptaci románu Virginie Woolfové „Paní Dallowayová“ (Mrs Dalloway) s Vanessou Redgrave. Skutečný celosvětový úspěch a rozpoznatelnost jí však přinesl rok 1998. Nejprve ztvárnila postavu Lauren Garland, lásku hlavního hrdiny, v ceněném a divácky oblíbeném filmu „Truman Show“ (The Truman Show) s Jimem Carreym. Její tvář se stala známou po celém světě. V témže roce se objevila i v akčním thrilleru „Ronin“, kde si zahrála po boku Roberta De Nira. Tyto role upevnily její pozici jako vyhledávané herečky. V roce 2000 se představila v adaptaci Shakespearovy komedie „Marná lásky snaha“ (Love’s Labour’s Lost) a o dva roky později, v roce 2002, si zahrála po boku George Clooneyho ve sci-fi dramatu „Solaris“, remaku slavného filmu Andreje Tarkovského. Mezi další významné filmové role patří například snímek „Město duchů“ (City of Ghosts, 2002) nebo dojemné drama „Dámy v levanduli“ (Ladies in Lavender, 2004), kde si zahrála s legendárními britskými herečkami Judi Dench a Maggie Smith.
Kromě filmových rolí se Natascha McElhone výrazně prosadila i v televizi. Jednou z jejích nejznámějších a nejdéle trvajících rolí byla postava Karen van der Beek v populárním americkém seriálu „Californication“, kde po boku Davida Duchovnyho hrála od roku 2007 do roku 2014 po celých sedm sezón. Tato role jí přinesla další vlnu popularity a uznání. V roce 2015 se objevila v minisérii „Saints & Strangers“ a poté v letech 2016–2017 ztvárnila Alex Kirkman, manželku prezidenta, v prvních dvou sezónách politického thrilleru „Prezident v pověření“ (Designated Survivor). V roce 2018 si zahrála v ambiciózní minisérii „The First“ o misi na Mars a od roku 2022 je součástí obsazení seriálu „Hotel Portofino“, kde hraje hlavní roli, a propůjčuje svůj hlas postavě Cortany a ztvárňuje doktorku Catherine Halsey ve sci-fi sérii „Halo“. Mezi novější filmové role patří například drama „Pan Church“ (Mr. Church, 2016) s Eddiem Murphym.
Ještě před tím, než se plně ponořila do herecké kariéry, 19. května 1998, se Natascha McElhone provdala za Martina Kellyho, plastického chirurga. Společně měli tři syny: Theodora (narozeného v roce 2000), Otise (narozeného v roce 2003) a Rexe (narozeného v květnu 2008). Jejich rodinný život však zasáhla tragédie. Pouhý den po desátém výročí svatby a pouhé tři týdny po narození nejmladšího syna Rexe, 20. května 2008, Martin Kelly náhle zemřel ve věku 43 let na hypertrofickou kardiomyopatii. Natascha se s touto obrovskou ztrátou vyrovnávala mimo jiné tím, že mu psala dopisy. Tyto dopisy byly později shromážděny a vydány jako kniha s názvem „After You: Letters of Love, and Loss, to a Husband and Father“ (2011), která se stala dojemným svědectvím o zármutku a lásce. I přes osobní tragédii pokračovala v práci na seriálu „Californication“ a nadále se věnuje herectví, přičemž žije se svými syny v Londýně.