Née en 1973 à Ixelles (Belgique) Natacha Régnier rêve de cinéma en découvrant Catherine Deneuve dans Peau d'âne. A 16 ans, elle fait déjà partie de troupes amateurs, tout en suivant des cours de comédie dans des conservatoires municipaux. Après ses études au Collège Saint-Pierre d'Uccle, où elle décroche le baccalauréat, elle s'inscrit à l'INSAS, à Bruxelles, une école de formation d'acteurs et de réalisateurs, puis débarque finalement à Paris.
En 1993, elle tourne son premier film, un court-métrage en noir et blanc, The Motorcycle girl (1993) de Stéphane Carpiaux. Ensuite, elle court les castings et apparaît en vedette dans plusieurs téléfilms, parmi lesquels Un Monde meilleur (1995) de Laurent Dussaux. Son premier long métrage est la comédie dramatique Dis-moi oui d'Alexandre Arcady. Puis en 1996, c'est Encore, de Pascal Bonitzer où elle joue avec Valeria Bruni-Tedeschi et Jackie Berroyer, qui la lance véritablement. Cette même année, on la voit dans Petite soeur (1996) aux côtés d'Annie Girardot.
En 1998, c'est la consécration ! A 26 ans, Natacha Régnier reçoit à Cannes le prix d'interprétation féminine pour le rôle de Marie Thomas dans La Vie rêvée des anges d'Erick Zonca et avec Élodie Bouchez, sa partenaire, elle partage le César du meilleur jeune espoir féminin. Le cinéma ouvre alors les yeux sur cette actrice talentueuse.
Après Les Amants criminels d'[people=François Ozon]Ozon[/people], aux côtés de son quasi-homonyme Jérémie Renier, Natacha enchaîne les rôles de ‘'fille de...'' et donne la réplique à Michel Piccoli, François Berléand et Michel Bouquet. A partir de 2004, elle tourne avec des cinéastes aussi singuliers que sa compatriote Chantal Akerman (Demain on déménage), le metteur en scène de théâtre Luc Bondy (Ne fais pas ça !) ou le poète hors-mode Eugene Green (Le Pont des arts), mais aussi avec la jeune garde du cinéma d'auteur (Orso Miret).
Seule fille au milieu de la bande de garçons des Amitiés maléfiques d'Emmanuel Bourdieu, elle travaille ensuite avec deux acteurs-réalisateurs : le belge Lucas Belvaux (La Raison du plus faible), présenté à Cannes en 2006 et la britannique Jane Birkin (Boxes) en 2007. Le Silence, sorti en 2005, lui vaut le prix Heinrich, décerné par le public du festival de Brunswick.
Sur un tournage, Natacha Régnier rencontre le compositeur Yann Tiersen (auteur de la bande originale du Fabuleux Destin d'Amélie Poulain), de qui elle a une fille, Lise, en 2002. Elle a par ailleurs enregistré trois titres avec Yann Tiersen dans son album L'Absente. L'actrice vit aujourd'hui avec Guillaume, un jeune réalisateur, à qui elle a donné une petite fille née en juin 2008.
Rêvant d'une carrière à la Sandrine Bonnaire, alternant cinéma d'auteurs et cinéma populaire, prête à refuser un scénario si elle ne se sent pas en osmose avec l'histoire et le personnage qu'elle interprète, Natacha Régnier gère ainsi un parcours peu conventionnel, convenant parfaitement à son talent.

Filmographie :
2007 : Voici venir l'orage, de Nina Companeez (TV)
2006 : Une journée, de Jacob Berger
2006 : Boxes de Jane Birkin
2006 : Les amitiés maléfiques
2006 : Deux sans elle, d'Olivier Péray
2006 : Mascarade, d'Emmanuel Bourdieu
2005 : Carmen, de Jean-Pierre Limosin (TV)
2005 : Gaspard le bandit, de Benoît Jacquot (TV)
2005 : La raison du plus faible, de Lucas Belvaux
2005 : Sunduk predkov - Isabelle ou La rencontre inattendue, d'Isabelle de Nurbek Egen
2004 : Don Quichotte - Les mésaventures d'un homme en colère, de Jacques Deschamps
2004 : Le pont des Arts, d'Eugène Green
2004 : Le silence, d'Orso Miret
2003 : Cadets de Gascogne, d'Emmanuel Bourdieu
2003 : Demain on déménage, de Chantal Ackerman
2003 : Ne fais pas ça !, de Luc Bondy
2003 : Trouble, de Harry Cleven
2001 : Comment j'ai tué mon père, d'Anne Fontaine
2000 : La fille de son père, de Jacques Deschamps
2000 : Tout va bien, on s'en va de Claude Mouriéras
1999 : Il tempo dell'amore, de Giacomo Campiotti
1998 : Les amants criminels, de François Ozon
1998 : Harlem, de François Cuel (Court-métrage)
1998 : La vie rêvée des anges, d'Erick Zonca
1996 : Calino Maneige de Jean-Patrick Lebel (TV)
1996 : Encore, de Pascal Bonitzer
1995 : Une chanson pour Jeanne, d'Anne Crété (court-métrage)
1995 : Dis-moi oui, d'Alexandre Arcady
1995 : Un monde meilleur, de Laurent Dussaux (TV)
1995 : Le nid tombé de l'oiseau, d'Alain Schwartzstein (TV)
1995 : Petite soeur, de Marion Sarraut (TV)
1994 : Ange Espérandieu, d'Alain Schwartzstein (TV)
1993 : The motorcycle girl, de Stéphane Carpiaux (court-métrage)

Théâtre :
2008 : Le plan B, d'Andrew Payne, mise en scène de Michel Fagadau (Studio des Champs Elysées)
1990 : La Cantatrice chauve
1989 : Le troisième jour

Discographie :
2001 : Le parapluie (de Georges Brassens) avec Yann Tiersen

Récompenses :
1999 : César du meilleur espoir féminin pour son rôle dans "La vie rêvée des anges" d'Erick Zonca
1998 : Prix d'interprétation féminine au Festival de Cannes, avec Elodie Bouchez, pour son rôle dans "La vie rêvée des anges" d'Erick Zonca.
1998 : Prix de la meilleure actrice aux European Film awards pour son rôle dans "La vie rêvée des anges" d'Erick Zonca.