Nathalie Baye nació el
6 de julio de 1948 en Francia, en la ciudad de Mainneville, Eure. Sus padres fueron Denise Coustet y Claude Baye.
Es una actriz hija de pintores que estudia ballet desde niña. Recibe clases de baile desde los 14 años para después recibir clases de interpretación en el Conservatorio de París, graduándose con honores.
Su gran debut se realiza a comienzos de los años 70 en el cine con el film
Faustine Et Le Bel Eté rodada en 1972.
Bajo la dirección del destacado
Francois Truffaut en 1973 participa en
La noche americana y con el mismo director participa en el
Amante del amor (1977) y
la habitación verde por los años 1978.
Su primer gran estandarte, e
l premio César es ganado en la categoría de mejor actriz secundaria por su participación en
Sálvese quien pueda,
la vida, bajo la dirección de
Jean-Luc Godard en 1980.
De forma parecida recibe otra estatuilla como mejor actriz secundaria por Une étrange affaire en 1981.
Finalmente ganó dos galardones como mejor actriz principal en
El membrillo del año 1982 y Le petit lieutenant en el año 2005.
Dentro de la filmografía tiene películas dignas de resaltar como
El regreso de Martín Guerre cuyo co protagonista fue
Gerard Depardieu,
Tú me hiciste mujer con el director
Bertrand Blier, en el año 1981, Una relación privada en 1999 co protagonizada con Sergi Lopez, Venus, salón de belleza en la cual participa con
Audrey Tautou, Atrápame si puedes, en el 2002 con la dirección de
Steven Spielberg y con
Leonardo DiCaprio.
Esta actriz tuvo una relación con el también actor
Philippe Leotard entre 1972 y 1981. Fruto de su relación con el rockero Johnny Hallyday tuvo una hija en 1983 llamada Laura Smet. En la actualidad tiene otra pareja de nombre
Jean-Yves Berteloot.