Наоми Уоттс родилась в Англии, в городе Шорхэме графства Кент 28 сентября 1968 года. Отец Наоми был звукорежиссером музыкальной группы Pink Floyd, а ее мать была антикваром. Родители Уоттс развелись, когда ей было четыре года, а когда Наоми исполнилось семь лет, ее отец умер. В четырнадцатилетнем возрасте мать Наоми перевезла ее в Австралию, в город Сидней.В детские годы Наоми увлеклась игрой в театре, так как ее мать играла в местных любительских постановках. После окончания школы актерского мастерства, Наоми стала посещать различные кастинги. На одном из кастингов Наоми познакомилась с Николь Кидман, которая стала ее лучшей подругой. В 1986 году Уоттс получила небольшую роль в картине «Только ради любви».

В восемнадцатилетнем возрасте Уоттс решила попробовать себя в качестве модели, она уехала работать в Японию. Но спустя год Наоми поняла, что эта работа не для нее и вернулась в родной город. В родном городе она устроилась на работу корреспондентом модного журнала. Но и эта профессия оказалась ей не по душе и она вновь решила начать актерскую карьеру. В 1991 году она сыграла небольшую роль в картине «Флирт». После роли в этой картине, ей дали роль в фильме «Безбрежное Саргассово море». В 1992 году Наоми переехала в Лос-Анджелес, где ей удалось получить роль в картине «Дневной сеанс», так же она сыграла в таких фильмах, как: «Танкистка», «Дети кукурузы 4», «Честная куртизанка», «Чужая планета», но роли в этих картинах известной Наоми не сделали.

Славу Уоттс принесла роль в фильме «Малхолланд Драйв». Затем последовали ее звездные роли в фильмах «Элли Паркер», «Звонок», «Убить президента», «Развод», «Взломщики сердец» и «Останься». В 2005 году Наоми исполнила главную роль в картине «Кинг Конг». Следующую свою роль Уоттс исполнила в фильме «Разрисованная вуаль», так же она выступила сопродюсером в этой картине. Наоми Уоттс живет с актером Ливом Шрайбером, у них есть двое детей. Одними из последних фильмов с участием Наоми Уоттс, являются: «Мать и дитя» 2009 года, «Ты встретишь таинственного незнакомца» 2010 года, «Игра без правил» 2010 года, «Дом грез» 2011 года, «Невозможное» 2010 года.