Натали Имбрулья родилась в австралийском городке Бирклеуэил 4 февраля 1975 года. С детства певица занималась балетом, с 13 начала профессионально заниматься пением. Некоторое время Натали снималась в телевизионной рекламе, затем появилась в популярном сериале «Соседи».
В 1994 году Имбрулья уехала в Лондон, где подписала контракт с лейблом RCA Records и записала демоверсию песни «Torn», ставшую в 1997 году международным хитом. В 1998 году Натали Имбрулья в номинации «лучший новый исполнитель» получила премию MTV Video Music Awards. Вскоре вышел дебютный альбом певицы «Left Of The Middle», ставший дважды платиновым, всего в мире было продано около 6 миллионов экземпляров.
В 2001 году вышел следующий альбом певицы, «White Lilies Island», разошедшийся тиражом более 1 миллиона экземпляров. Работа над альбомом заняла три года, в нем Имбрулья выступила в качестве соавтора каждого из треков. В 2002 году Имбрулья снялась в комедии «Агент Джонни Инглиш» режиссёра Питера Хауитта. В 2005 году Натали Имбрулья выпустила «Counting Down the Days» – третий студийный альбом, записав его уже с другим лэйблом «Brightside Recordings». В октябре-ноябре 2005 года она отправилась в тур по Европе.
В 2009 году вышел второй фильм с участием Имбрульи — « Closed for Winter», также этот год ознаменовался выходом четвёртого студийного альбома певицы, который она выпустила на собственном лейбле «Malabar Records», над которым Натали работала с Крисом Мартином, фронтменом группы «Coldplay».
2 октября 2009 года в Австралии состоялся релиз четвертого студийного альбома Натальи под названием «Come to Life».
В 2013 году с участием Натальи вышла спортивная драма «Underdogs». В том же 2013 году Наталья приступила к съемкам в картине «Loopers», выход которой запланирован на 2014 год.