Nathalie Courval, vlastním jménem Mireille Reine Klinger, se narodila 14. prosince 1942 v Montreuil na východním okraji Paříže. Hereckou průpravu získala v pařížských Cours Viriot a svou kariéru zahájila pod uměleckým jménem Nathalie Bonnemaison, uváděným také ve variantě Nathalie Bonnemason. Později přijala jméno Nathalie Courval, pod kterým se prosadila ve francouzském filmu, televizi a divadle.
Před kamerou debutovala ve druhé polovině šedesátých let rolí Nicole v kriminálním filmu Jerk à Istanbul. Nejvíce filmových příležitostí dostávala během sedmdesátých let, kdy se objevovala především v komediích, ale také v dramatech a kriminálních filmech. Pracovala s režiséry, jako byli Georges Lautner, Gérard Pirès, André Cayatte, Claude Lelouch, Michel Boisrond, Jean Aurel nebo Édouard Molinaro.

K jejím známějším filmům tohoto období patří Roztržitý s Pierrem Richardem, Rumový bulvár s Linem Venturou a Brigitte Bardotovou, Běží, běží po předměstí, Není kouře bez ohně, Celý jeden život, Katrin a spol. nebo Mluv, mluv, zajímáš mě. Nathalie Courval většinou neztvárňovala hlavní hrdinky, ale výrazné vedlejší postavy, které jí poskytovaly prostor zejména pro komediální herectví.
Důležitou osobností v jejím soukromém i profesním životě se stal herec a režisér Gilles Béhat, za kterého se provdala a s nímž měla dceru Alice. Courval hrála již v jeho režijním debutu Haro ! a později ji Béhat obsadil do filmů Ulička barbarů a Urgence. Právě v těchto snímcích dostala možnost opustit převážně komediální polohu předchozích let a uplatnit se také v dramatických a kriminálních rolích. Manželství s Béhatem později skončilo rozvodem.

V osmdesátých letech se objevila například jako prostitutka v kriminálním dramatu Špinavá záležitost, Carla Chetmanová v Uličce barbarů a Béatrice v thrilleru Urgence. Následovaly filmy Association de malfaiteurs, Poslední léto v Tangeru nebo Vítejte na palubě. V devadesátých letech její filmová práce postupně ustupovala televizním rolím.
Vedle filmu se Nathalie Courval věnovala po celou kariéru také divadlu. Na pařížských scénách hrála již od konce šedesátých let a vystupovala mimo jiné v Théâtre des Nouveautés, Théâtre de Paris, Théâtre Antoine, Théâtre Fontaine a Théâtre Hébertot. Významnou část její práce tvořila rovněž televize, kde účinkovala v televizních filmech i populárních seriálech.

Na filmové plátno se po delší přestávce vrátila v roce 2004 ve filmu Když mi bylo poprvé dvacet režisérky Lorraine Lévy, kde ztvárnila tetu Lucii. Vedle herectví se příležitostně věnovala také další tvorbě: v roce 1989 se podílela na scénáři a dialozích jedné epizody televizního seriálu Marc et Sophie a ve filmu Tendre Dracula nazpívala píseň J’ai peur du noir, j’ai peur du loup.