Nathalie Donnini  rêve de cinéma bien avant le bac. Après divers stages de mise en scène, de montage, elle se met à l'écriture de scénario.

En 1995, elle co-écrit le premier long-métrage de Claire Simon, Sinon Oui (1995) et enchaîne l’année suivante avec On a très peu d’amis (1996) de Sylvain Monod.

Elle poursuit sa collaboration avec le réalisateur dont elle co-écrit le second long-métrage Electroménager (2001).

En 1999, elle réalise son premier court-métrage, J’attends Daniel pour peindre, qui reçoit le «Prix de qualité» du CNC en 2000.

En 2003 elle réalise Le Cadeau commun, présélectionné aux César en 2004.

Parallèlement, elle s’attaque à l’écriture de Où avais-je la tête ?, son premier long-métrage, qu’elle réalise début 2006.

Elle travaille, à présent, l’adaptation au Cinéma de L’angoisse du roi Salomon de Romain Gary, ainsi qu’au programme court de comédie  Y a un os.