Natalia Dyer nasce a Nashville. Inizia la propria carriera nello spettacolo interpretando nel 2009 Clarissa Granger in Hannah Montana: The Movie. Due anni dopo è la volta di Lily in The Greening of Whitney Brown accanto a Brooke Shields e Aidan Quinn e nel 2014 per la prima volta protagonista di I Believe in Unicorns, presentato in anteprima al SXSW Festival.
Ma saranno la serialità e il 2016 a portarle fortuna e fama: viene scelta per interpretare Nancy Wheeler nella serie dei Fratelli Duffer per Netflix Stranger Things: un assoluto fenomeno tra i più visti sulla piattaforma e instant cult dove rimane fino alla quinta ed ultima stagione nel 2025. Il set è galeotto perché le fa anche trovare l'amore nel collega Charlie Heaton, che nella serie interpreta il suo fidanzato, Jonathan Byers.
Nel 2019 è nel cast del film horror Velvet Buzzsaw nel ruolo di Coco, accanto a Jake Gyllenhaal, e in due episodi di Based on a True Story accanto a Kaley Cuoco e Chris Messina.
2014 Recitazione
2012 Recitazione
2016 Recitazione
Asa Butterfield e Natalia Dyer nell'horror All Fun And Games, codiretto dai registi Ari Costa ed Eren Celeboglu.
La star di Stranger Things Natalia Dyer scopre l'autoerotismo su internet nel trailer del coming of age sexy Yes, God, Yes.
Intervista video a Natalia Dyer e Charlie Heaton, Nancy e Jonathan in Stranger Things 3, arrivati al Giffoni Film Festival 2019 per ritirare l'Experience Award.
Giffoni 2019 avrà tra i suoi ospiti le star della serie Stranger Things Charlie Heaton e Natalia Dyer nella giornata del 21 luglio.
La produzione del progetto, ancora senza un titolo ufficiale, è iniziata a Los Angeles in vista di un debutto entro la fine del 2018.