1983年，15岁的娜奥米第一次当了母亲的观众，看她演一部音乐剧。被深深震动的娜奥米从此决定走上表演之路。她报考了戏剧学校，也演过几个小角色，但事业发展远不如她所希望的那样顺利。为了养家，娜奥米还去日本当过一年模特，之后又回到澳洲，在一本时尚杂志《Follow Me》里担任编辑。1993年，25岁的娜奥米·沃茨背着行李，只身来到好莱坞，在将近6年的时间里，为了生活，她经常不得不接一些别人不愿演的小角色。1999年，因为连续3个月交不起房租，娜奥米被房东赶出了住所。
2000年，33岁的她接到了导演大卫·林奇的片约，片名是《穆赫兰道》。2002年，她主演的美版《午夜凶铃》成为2002年美国首映首周电影票房冠军。
2003年，娜奥米迅速投入《凯利党》、《21克》和《幸福合作社》等片的拍摄中，并获得了奥斯卡影后提名。
2005年，娜奥米遇见了彼得·杰克逊，担任了《金刚》的女主角安·达罗（Ann Darrow）。
2006年，她与爱德华·诺顿合作主演了中美合拍电影《面纱》。
2007年，娜奥米出演大卫·柯南伯格导演的犯罪惊悚片《东方的承诺》。
2008年，娜奥米·沃茨在传记片《我的名字叫乔迪·威廉姆斯》中扮演诺贝尔和平奖得主、社会活动家乔迪·威廉姆斯。
2009年，沃茨与克里夫·欧文共同主演了《跨国银行》，并出演了家庭伦理片《母与子》。
同年，41岁的娜奥米·沃茨以平均收1美元片酬便为电影公司赚回44美元票房的成绩稳居《福布斯》2009年年度最高票房回报率女星名单榜首。
2010年，娜奥米·沃茨加盟丹尼尔·克雷格主演的心理惊悚片《梦宅》，该片由爱尔兰导演吉姆·谢里丹执导，环球公司投拍。同年，娜奥米还参演了伍迪·艾伦执导的《遭遇陌生人》，并与西恩·潘二度合作主演了《公平游戏》。
2011年，她与莱昂纳多·迪卡普里奥主演的《胡佛》上映。
2012年，娜奥米·沃茨在西班牙导演胡安·安东尼奥·巴亚纳导演的灾难片《海啸奇迹》中担任女主角，并第二次荣获奥斯卡金像奖最佳女主角提名，同时收获了第70届金球奖（剧情片）最佳女主角(提名)。
2013年，她出演的《电影43》在北美公映。同年，沃茨参演了《忘年恋曲》，并在传记片《戴安娜》中饰演已故英国王妃戴安娜。
2014年，娜奥米·沃茨确定加盟《分歧者》三部续集，将在片中饰演无派别人士的领袖“伊芙琳”，与奥斯卡影后凯特·温斯莱特和奥斯卡最佳女配奥克塔维亚·斯宾瑟同台飙戏。
2014年，第21届美国演员工会奖公布的提名名单中，娜奥米·沃茨分别凭借电影《鸟人》和《圣人文森特》同时提名最佳群戏和最佳女配角两个奖项。
2015年，由马修·麦康纳、渡边谦、娜奥米·沃茨等主演的电影《青木原树海》确定了日本版片名为《追忆之森》，2016年在日本上映。娜奥米·沃茨与雅各布·特伦布莱、杰顿·李博赫加盟《亨利之书》，娜奥米·沃茨在片中出演一位单身母亲。
2016年，澳大利亚动画电影《无赖》曝卡司，休·杰克曼与娜奥米·沃茨双双加盟献声片中角色。
无赖 2018
分歧者3：上升之势2017
奥菲莉娅2017
玻璃城堡2017
亨利之书2016
禁闭2016
流血的拳击手2016
分歧者3：忠诚世界2016
分歧者2：绝地反击2015
反叛者2015关于雷2015
青木原树海2015
破碎人生2015
分歧者2：绝地反击2015
圣人文森特2014
鸟人2014
年轻时候2014
忘年恋曲2013
电影432013饰演Samantha
戴安娜2013饰演Diana Spencer
海啸奇迹2012
胡佛2011
梦宅诡影2011
公平游戏2010
遭遇陌生人2010
跨国银行2009
母与子2009
趣味游戏美国版2007
东方的承诺2007
面纱2006
美版午夜凶铃22005
爱丽·帕克2005
金刚2005
停留2005
刺杀尼克松2004
我爱哈克比2004
恋恋巴黎2003
凯利党2003
21克2003
美版午夜凶铃2002
穆赫兰道2001
蜿龙庄园2000
陌生星球1999
威尼斯之女1998
小猪进城1998
今生只爱你1997
玉米田的小孩41996
坦克女郎1995
连锁杀机1993
情挑玉女心1991
2007年10月，继安吉丽娜·茱莉之后，娜奥米·沃兹成为又一位担任联合国慈善大使的好莱坞女星，作为反艾滋病特别任务的一员，唤起更多人们对艾滋病的关注和支持。
2013 第85届 最佳女主角 海啸奇迹 （提名）
2004 第76届 最佳女主角 21克 （提名）
2003 第60届 观众奖-最佳女演员 21克 （获奖）
2003 第60届 威娜女性特别奖 21克 （获奖）
2013 第70届 剧情类最佳女主角 海啸奇迹 （提名）
2013 第26届 最佳女演员 海啸奇迹 （提名）
2004 第57届 最佳女主角 21克 （提名）
2013 第27届 最佳女演员 海啸奇迹 （提名）
2013 第39届 最佳女主角 海啸奇迹 （提名）
2008 第34届 最佳女主角 东方的承诺 （提名）
2006 第32届 最佳女主角 金刚 （获奖）
2003 第29届 最佳女主角 美版午夜凶铃 （获奖）
2002 第28届 最佳女主角 穆赫兰道 （提名）
2013 第15届 最佳剧情电影女演员 海啸奇迹 （提名）
2005 第7届 最佳电影尖叫 美版午夜凶铃2 （提名）
2017 第37届 最差女主角 分歧者3：忠诚世界、禁闭 （提名）
2014 第34届 最差女主角 戴安娜、电影43 （提名）
2015 第21届 电影类最佳女配角 圣人文森特 （提名）
2015 第21届 电影类最佳群戏 鸟人 （获奖）
2013 第19届 电影类最佳女主角 惊天巨啸 （提名）
2004 第10届 电影类最佳女主角 21克 （提名）
2015 第15届 全球最佳电影女演员 （获奖）
娜奥米·沃茨有着阳光般轻盈的金发和小女孩般纯真晶莹的脸庞，每次遇到陌生人的时候，她甚至还会低着头、红着脸说话，羞涩的模样令人心动。然而，就是这样一个羞涩的瓷娃娃，竟然会被冠以“尖叫女王”的谐名。早在《金刚》之前，娜奥米就以好莱坞翻拍日本的恐怖片《午夜凶铃》中的惊悚表演而闻名了。
