У Натали Портман и ее мужа, хореографа Бенжамена Мильпье, двое детей: сын Алеф и дочь Амалия. Со своим мужем она познакомилась на съемках фильма «Черный лебедь» в 2009 году.
Актриса старается держать детей подальше от внимания прессы. Однако дети всегда в курсе того, как идут дела у мамы на работе: в одном из интервью она рассказала, что они горячо поддержали ее возвращение в кинематографическую вселенную Marvel: «Я ощущаю, что это этап моей карьеры, когда я действительно пытаюсь произвести впечатление на своих детей».
Алеф, старший сын Натали, родился 14 июня 2011 года. Вспоминая свой первый год материнства, обладательница Оскара говорит, что появление сына улучшило ее жизнь: «Я стала более терпеливой».
Спустя несколько лет она рассказала, что обращалась за советами по воспитанию к своей коллеге, актрисе Кейт Бланшетт: «Я очень рано спросила Кейт о том, как быть родителем. Я спросила: «Как ты это делаешь?» Ты мама. Ты лучшая в своем деле». На чтот Бланшетт ответила ей: «Ты просто делаешь. Стресс не помогает справляться с этой работой».
Портман и ее сын обожают спорт: по ее словам, Алеф — «яростный футболист». Он болеет за одну из команд Национальной женской футбольной лиги, основатель и владелец которой — Натали. «Приятно наблюдать за тем, как он и его друзья болеют за наших игроков», — говорит актриса.
Дочь Натали, Амалия, родилась на свет 22 февраля 2017 года. После рождения дочери она получила в подарок много «феминистских детских книг», которые вдохновили ее на написание собственной истории — «Сказания Натали Портман», в которой она отразила свое видение классических сказочных сюжетов.
«Было грустно рассказывать маленькому ребенку, что у девочек и женщин так много препятствий, или объяснять, почему к ним относятся по-разному еще до того, как ребенок начал познавать мир», — объяснила она появление книги.
Помимо книги, зная, как ее дети любят животных, она сняла документальный фильм «Дельфиний риф». «Мои дети очень любят животных. Когда мы ездили на свадьбу моего лучшего друга в Австралию, мы все были очарованы утконосами», — рассказала актриса.