娜奥米·哈里斯成长于单亲家庭，曾在剑桥大学主修政治学，毕业后进入布利斯托尔老维克戏剧学院接受专业表演训练。
1987年，参演个人首部电影《SimonandtheWitch》。1992年，参演剧情电影《RunawayBay》；11月18日，参演的科幻剧《未来青年》播出。1997年，出演由艾斯林·沃什执导的犯罪电影《审判与惩罚》。2001年，参演喜剧冒险电影《大虾拳击手》。
2002年，与希里安·墨菲合作主演由丹尼·博伊尔执导的惊悚电影《惊变28天》，在片中饰演能挥舞弯刀的生还者塞莱娜，为了饰演该角色，哈里斯接受了诸如拳击以及如何挥舞弯刀等当面的训练；接着，在剧情电影《anansi》中饰演加纳移民；同年，在奇幻剧《恐龙帝国》中饰演种族激进份子；9月，参演的剧情电影《白牙》上映，该片改编自扎迪·史密斯同名获奖处女作小说；11月10日，参演的剧情电影《TheProject》上映；此外，还在纪录片《PureRage:TheMakingof'28DaysLater'》中出镜。
2004年，与科林·费尔斯共同主演惊悚电影《外伤》；同年，与皮尔斯·布鲁斯南、萨尔玛·海耶克联袂出演动作电影《日落之后》。2005年，出演由迈克尔·温特伯顿执导的喜剧电影《一个荒诞的故事》。
2006年，与约翰尼·德普、奥兰多·布鲁姆联合出演冒险电影《加勒比海盗：聚魂棺》，在片中饰演无所不知的巫毒女祭师提亚·朵玛；同年，与杰米·福克斯共同主演由迈克尔·曼执导的动作犯罪电影《迈阿密风云》，在片中饰演身怀绝技的迈阿密女刑警特鲁迪·约普琳。
2007年，由其出演的冒险电影《加勒比海盗：世界的尽头》上映，在片中饰演被封印的海之女神——“卡利普索”；10月1日，与安娜·麦克西维尔·马丁共同主演的剧情电影《癫狂世界》上映；同年，娜奥米·哈里斯入围第60届英国电影和电视艺术学院奖最佳新星奖。2008年，参演由大卫·阿耶执导的动作电影《街头之王》；7月11日，与乔什·哈奈特合作主演的剧情电影《八月钱潮》上映。
2009年，与布瑞丹·帕特里克共同主演喜剧电影《我之前的五位女友》；同年，与露西·阿科斯特联合主演喜剧电影《莫里斯舞：生生不息》；3月，与罗莎里奥·道森、保罗·达诺联合出演的剧情电影《详述病情》上映；12月6日，与本尼迪克特·康伯巴奇合作主演的剧情电影《小岛屿》上映；此外，还与乔迪·梅等共同主演剧情电影《血和油》。2010年1月8日，由其出演的剧情电影《性、毒品和摇滚乐》上映。
2011年，与托尼·戈罗奇搭档主演传记电影《最老的小学生》。2012年，与丹尼尔·克雷格、蕾雅·赛杜联合出演动作冒险电影《007：大破天幕杀机》，在片中饰演年轻的军情六处特工钱班霓。2013年，与伊德瑞斯·艾尔巴合作主演根据纳尔逊·曼德拉同名自传改编的传记电影《曼德拉：漫漫自由路》，在片中饰演依靠自己扛起整个家族的曼德拉妻子温妮。2015年，与杰克·吉伦哈尔、瑞秋·麦克亚当斯联袂出演运动电影《铁拳》。
2016年，与马赫沙拉·阿里合作主演剧情电影《月光男孩》，在片中饰演自私、无情，反复无常的母亲宝拉，她凭借该片入围第89届奥斯卡金像奖最佳女配角奖、第74届美国金球奖电影类-最佳女配角奖；5月13日，由其参演的惊悚电影《我们这种叛徒》上映；12月16日，与威尔·史密斯、凯拉·奈特莉联袂出演的剧情电影《附属美丽》上映。
2018年，与道恩·强森等联合主演科幻电影《狂暴巨兽》，饰演颇有名气的基因学家凯特·寇德威；同年，与罗翰·昌德、本尼迪克特·康伯巴奇联合参与冒险电影《森林之子毛克利》的配音，配音的角色为母狼拉克莎；此外，还出演了动作电影《邦德25》。
2020年，出演电影《毒液2》。
