Natacha Amal est née le 4 septembre 1968 à Bruxelles. Fille d'un père médecin d'origine marocaine et d'une maman professeure de lettres, d'origine russe, Natacha est l'aînée de trois filles. Elle grandit en Belgique et, à l'adolescence, passe quelques années à Casablanca où son père exerce. Elevée par ses grands-parents maternels, elle rêve très tôt de devenir comédienne. En terminale, elle interprète avec ses camarades de classe Le roi s'amuse de Victor Hugo. Son bac en poche, elle entre au Conservatoire National de Bruxelles d'où elle sort diplômée du premier prix d'interprétation en 1988.
La jeune comédienne s'attaque au répertoire classique et foule les planches avec des rôles qui lui apportent une certaine notoriété au théâtre (Vendredi ou les limbes du Pacifique, Le mariage de Figaro, Le songe d'une nuit d'été). En 1990, elle joue Phèdre au Théâtre National de Chaillot à Paris. Son talent est remarqué et les seconds rôles pour la télévision lui permettent de changer de registre au début des années 90. Elle tourne dans les séries policières, notamment Navarro puis Nestor Burma. En 1993, arrive un rôle récurrent dans la série Commissaire Moulin aux côtés d'Yves Rénier. Au début des années 2000, elle incarne le personnage d'Elisabeth Brochène, femme procureure, dans la série Femmes de loi. La série lui apporte une notoriété immédiate et la reconnaissance du public. Elle partage son succès avec sa partenaire, Ingrid Chauvin, présente durant les six premières saisons. Après l'arrêt de la série, en 2009, Natacha Amal se fait plus rare sur les plateaux de tournage. En 2010, elle joue dans le téléfilm Un bébé pour mes 40 ans.
La comédienne revient à ses premières amours et évolue vers un registre comique au théâtre. Depuis le succès de la pièce Un beau salaud face à Bernard Tapie (2004), elle est régulièrement à l'affiche; Panique au ministère (2010), Le journal d'une femme de chambre (2012) et L'Amiral (2013).
Côté vie privée, Natacha Amal épouse en juin 1997 l'écrivain belge Claude Rappé. Mais le couple divorce en 2007. Natacha Amal révèle dans TPMP sur C8 le 5 novembre 2022 avoir été en couple durant quatre mois avec Jean-Edouard Lipa, candidat de la saison 1 de Secret Story, entre 2007 et 2008. Après cette brève histoire, l'actrice épouse le scénariste Jacques Stival à la mairie de Vannes le 18 septembre 2015. Leur mariage religieux est célébré le 19 septembre 2015 à Ploërmel dans le Morbihan. En octobre 2019, elle révèle lors d'une interview qu'elle est en instance de divorce.