Naomi Ellen Watts, 28 Eylül 1968'de Shoreham, İngiltere'de antika satıcısı ve kostüm/set tasarımcısı Myfanwy Edwards "Miv" (Roberts) ve Pink Floyd'un yol menajeri Peter Watts'ın (Peter Anthony Watts) çocuğu olarak dünyaya geldi. Anne tarafından büyükbabası Galli'ydi. Babası o yedi yaşındayken ölmüş ve o 14 yaşına kadar annesi ve erkek kardeşini İngiltere'de takip etmiş ve sonunda anneannesinin memleketi olan Avustralya'ya yerleşmişler. Oraya vardıklarında annesini oyunculuk dersleri alması için ikna etti. Reklamlarda küçük roller aldıktan sonra ilk rolünü For Love Alone (1986) filminde aldı. Naomi en yakın arkadaşı Nicole Kidman'la, ikisi de bir bikini reklamı için seçmelere katılıp eve taksiyle döndüklerinde tanıştı. Naomi 1991'de Kidman'la birlikte John Duigan'ın yönettiği ve büyük ses getiren Flirting'de (1991) rol aldı. Naomi kariyerine Oscar ödüllü Russell Crowe ve Brenda Fricker ile birlikte Avustralya yapımı Brides of Christ (1991) filminde oynayarak devam etti. 1993'te John Duigan ile Mutluluk Sahili (1993) filminde ve yönetmen George Miller ile Gross Misconduct (1993) filminde tekrar çalıştı. 1995 yılında bir çizgi roman uyarlaması olan Tank Girl (1995) kült bir hit oldu ve Naomi'yi "Jet Girl" olarak canlandırdı, ancak gişede başarılı olamadı veya kariyeri için fazla bir şey yapmadı. Watts, çoktan unutulmuş Children of the Corn filmi de dahil olmak üzere filmlerde önemsiz roller almaya devam etti: The Gathering (1996) gibi filmlerde rol almaya devam etti. David Lynch onu eleştirmenlerce beğenilen Mulholland Çıkmazı (2001) filminde oynatana kadar fark edilmeye başlanmadı. Hevesli bir aktris olarak oynadığı rol, güçlü oyunculuk yeteneğini ve geniş yelpazesini gösterdi ve o yıl Oscar adaylığı için gözden kaçırıldığını söyleyecek kadar saygı kazandı. Yıldızlık Naomi'ye nihayet, gişede 100.000.000 doların üzerinde hasılat yapan ve Watts'ın bir video kasetin neden olduğu anlaşılan birkaç gizemli ölümün ardındaki gerçeği araştıran araştırmacı bir muhabir olarak rol aldığı sürpriz hit Halka (2002) ile geldi. Film eleştirmenler tarafından pek beğenilmese de Watts'ı spot ışıklarının altına taşıdı. 2003 yılında Alejandro González Iñárritu'nun 21 Gram (2003) filminde rol aldı ve bu film ona kimilerine göre gecikmiş bir Oscar adaylığı kazandırırken kimilerine göre de kendi kuşağının en iyi oyuncularından biri olmasını sağladı. Aynı yıl 21 Gram (2003) filmiyle aday gösterilen Naomi, yönetmen Peter Jackson'ın King Kong (2005) filminde "Ann Darrow" karakterini canlandırmak üzere seçildi ve filmin çekimleri için beş aylığına Yeni Zelanda'ya gitti. Watts ilk komedi filmini yönetmen David O. Russell için çektiği Tesadüfler (2004) filminde yüzeysel bir sözcü modelini canlandırarak gerçekleştirdi - her zamanki yoğun ve dramatik rollerine bir ara verdi.2005 yılında Halka 2 (2005) filminde koruyucu anne-muhabir "Rachel Keller" rolünü yeniden canlandırdı. Mart ayında gösterime giren film, ilk hafta sonunda gişede 35.000.000 $ hasılat elde etti ve onu gişe rekortmeni yaptı. Yine 2005 yılında, bağımsız filmi Ellie Parker'ın (2001) Sundance Film Festivali'ndeki başarısının ardından 2005'in sonlarında yeniden gösterime girmesine karar verildi. Naomi'nin yapımcılığını da üstlendiği filmin başrolünde Watts yer alıyor ve Hollywood'a gelen ve mesleğinin kabuslarıyla karşılaşan mücadeleci bir aktrisin hayatını biraz biyografik ama yine de abartılı bir şekilde ele alıyor (filmde Watts'ın içinde dolaştığı kendi külüstür Honda'sı da yer alıyor). 2006 yılında Duvak (2006) filminde Edward Norton ile birlikte rol aldı. Temmuz 2007'de Naomi, Liev Schreiber ile Los Angeles'ta Alexander Pete (Sasha Schreiber) adında bir erkek çocuk dünyaya getirdi. O zamandan bu yana Alman yönetmen Michael Haneke'nin gerilim filmi Ölümcül Oyunlar'ın (2007) Amerikan yeniden çevriminde, David Cronenberg'in Şark Vaatleri'nde (2007) ve Şubat 2009'da gösterime giren aksiyon-gerilim filmi Uluslararası'da (2009) oynadığı başrollerle kariyerindeki tercihleri daha da büyük beğeni topladı. 2008 yılının ortalarında Watts, Schreiber ile ikinci çocuğunu beklediğini açıkladı ve 13 Aralık'ta New York'ta ikinci oğlu Samuel Kai Schreiber'i doğurdu.