Natalie Amiri studierte Orientalistik und Iranistik an der Universität Bamberg, in Teheran und in Damaskus. Sie schloss als Diplom-Orientalistin ab, arbeitete zunächst zwei Jahre in der deutschen Botschaft in Teheran.

Ab 2007 berichtete sie als Korrespondentin für die ARD aus dem Studio Teheran, ab 2011 als freie Journalistin für die ARD-Tagesthemen, die Tagesschau, das ARD-Morgenmagazin, das ARD-Mittagsmagazin, Phoenix, Eins Extra, Deutsche Welle, Deutschlandradio und ARD-Radiosender. Von 2015 bis 2020 war sie Leiterin des ARD-Studios in Teheran. Seit 2014 moderiert Natalie Amiri den Weltspiegel im Ersten und das BR-Europamagazins „Euroblick“.
Sie gehört zu den ARD-Tagesthemen-Kommentatorinnen. 2015 gewann sie den Katholischen Medienpreis. 2018 war sie für ihre Reportage „Verschwunden in Deutschland – Auf der Suche nach vermissten Flüchtlingsjungen“ für den Grimme-Preis nominiert, 2019 für den Deutschen Fernsehpreis, in der Kategorie „Beste Information: Auslandsreporter".