No fue sino hasta 1999 que Natalie recibió fama mundial como Reina Amidala en la muy esperada precuela de Star Wars: Episodio I - La amenaza fantasma (1999) de 431 millones de dólares. Luego protagonizó dos dramas de comedia aclamados por la crÃtica, A cualquier otro lugar (1999) y La fuerza del amor (2000), seguida de Closer (2004), por la que recibió una nominación al Oscar. Repitió su papel de Padme Amidala en los últimos dos episodios de la trilogÃa de la precuela de Star Wars: Star Wars: Episodio II - El ataque de los clones (2002) y Star Wars: Episodio III - La venganza de los Sith (2005). Recibió un Premio de la Academia y un Globo de Oro a la Mejor Actriz en Cisne negro (2010).
Recibió una segunda nominación a Mejor Actriz, por interpretar a Jacqueline Kennedy en Jackie (2016).