Rodáčka z Maroka, vlastným menom Francine Canovas, sa do povedomia divákov zapísala najmä vďaka kriminálnemu filmu Samuraj (1967), kde účinkovala po jeho boku.
Bol to jej filmový debut, po ktorom nakrútila asi 30 ďalších snímok (napríklad Armáda tieňov, Zvony smrti, Modrofúz, Ruky hore! či Angličanka).
S herectvom pritom predtým nemala žiadne skúsenosti, ani ho neštudovala. Keď sa spoznala s Delonom na parížskej diskotéke, pracovala ako barmanka v pochybnom podniku v Marseille a za sebou mala prvé neúspešné manželstvo.
Podľa neoverených informácií vraj Delon majiteľom baru s prepojením na podsvetie veľmi dobre zaplatil, aby mohla odísť. Kvôli nej po škandále ukončil i vzťah so slávnou herečkou Romy Schneiderovou, s ktorou bol v tom čase zasnúbený.
Nathalie a Alain Delonovci boli manželmi v rokoch 1964 až 1969, spolu mali syna Anthonyho, ktorý teraz aj oficiálne potvrdil jej úmrtie.