娜塔莉·戴尔2009年,出演个人首部电影《乖乖女是大明星》,从而正式出道。2010年,与杰瑞德·卡特合作主演喜剧短片《TooSunnyforSanta》。2011年,参演由赛米·汉拉缇,波姬·小丝主演的冒险片《惠特尼的绿苹果》。2012年,出演由斯蒂夫·泰勒执导的喜剧片《像爵士那样忧郁》。2014年,与道阿·茂阿合作拍摄了剧情短片《TheCityatNight》；同年,其主演的剧情片《我相信独角兽存在》在西南偏南电影节首映,娜塔莉·戴尔饰演了富有想象力的坚强女孩达维娜。2015年,主演由奎恩·谢法德执导的恐怖短片《直至黑暗》。2016年,与希罗·弗南德兹,埃拉·雷·派克合作出演的爱情片《长夜晚晨》上映；7月,与薇诺娜·瑞德,米莉·博比·布朗等人联袂主演的科幻惊悚剧《怪奇物语第一季》播出,娜塔莉·戴尔饰演为人非常有爱心的南茜·威勒,她凭借该剧入围了第38届青年艺术家奖-数字电视剧或电影类-最佳青少年女演员奖。2017年10月,其主演的科幻惊悚剧《怪奇物语第二季》播出,她在剧中继续饰演南茜·威勒；同年,在理查德·哈里斯国际电影节上凭借短片《是的上帝》入围最佳女演员奖。2018年,搭档肖恩·海托西主演剧情片《MountainRest》,饰演一个老年女演员的孙女；3月,宣布搭档蒂莫西·西蒙斯主演剧情片《是的上帝》,饰演希望能找到救赎之路的修女爱丽丝；5月,参演英国歌手詹姆斯·贝的歌曲MV《WildLove》的。2019年2月1日,与杰克·吉伦哈尔,蕾妮·罗素等人共同主演的惊悚喜剧片《天鹅绒圆锯》登陆Netflix。2022年5月27日,参演电视剧《怪奇物语第四季》上映。2023年6月8日,参演电视剧《真实故事改编》播出。9月1日,参演的电影《恶魔游戏》上映。
影视奖项获奖时间奖项名称获奖作品获奖结果2018第24届美国演员工会奖-剧情类剧集最佳群戏怪奇物语第二季提名2017第23届美国演员工会奖-剧情类剧集最佳群戏怪奇物语第一季获奖2017第2届理查德·哈里斯国际电影节-最佳女演员是的上帝提名2017第38届第38届青年艺术家奖-数字电视剧或电影类-最佳青少年女演员奖怪奇物语第一季提名