Наомі Вотс народилася в Шоргемі у родині Пітера Вотса і Міфаннві (Мів) Робертс. Мати займалася продажем старовинних речей, а батько був звукорежисером відомого рок-гурту Pink Floyd. Коли Наомі виповнилося чотири роки, батьки розлучилися, а за три роки помер її батько. У пошуках кращого життя місіс Вотс із двома дітьми (брат Наомі Бенджамін, зараз відомий у США фотограф, старший за неї на 2 роки) об’їздила пів-Англії і, врешті, вирішила перевезти родину до Австралії, у Сідней, на батьківщину своєї матері. Наомі на той час виповнилося 14 років.
У дитинстві, завдяки матері, яка грала в місцевому аматорському театрі, Наомі також захопилася акторською грою. Закінчивши школу акторської майстерності, Наомі відвідувала численні прослуховування, де й познайомилася з Ніколь Кідман, яка досі залишається її найкращою подругою. Першою роботою в кіно для Наомі Вотс стала невелика роль у фільмі 1986 роки «Лише заради кохання».
У 18 років Наомі вирішила спробувати себе в ролі моделі і найнялася, через агентство, на роботу в Японії. За рік, проведений у модельному бізнесі, вона зрозуміла, що це «не її» і повернулася додому. Тепер вона опинилася по інший бік модельного бізнесу — стала працювати кореспонденткою в журналі мод. Та все ж, за деякий час, Наомі усвідомила, що її справжнє покликання — бути акторкою.
Невдовзі Вотс вдалося отримати невелику роль у фільмі «Флірт» (1991) з Ніколь Кідман і Тенді Ньютон, а також в австралійському міні-серіалі, де вона знімалася з ще однією майбутньою австралійською зіркою — Расселом Кроу. Режисер «Флірту» Джон Дуґан запросив Наомі і в наступний свій фільм — «Широке Саргасове море» (1992).
Після цього молода акторка вирушила до Лос-Анджелеса. Перший голлівудський досвід Наомі Вотс — «Денний сеанс» (1993). Ні ця, ні інші ролі, які вона зіграла в 90-их роках («Танкістка», «Діти кукурудзи 4», «Чесна куртизанка», «Чужа планета» та ін.) зіркою Наомі не зробили.
Кар’єра в кіно:
Сходинкою до слави для Вотс став фільм Дейвіда Лінча з магічною назвою «Малголленд-Драйв». Магічною, тому що так само називається шосе, що перетинає Місто Ангелів, яким Наомі так часто ганяла на машині, намагаючись розвіятися після чергового невдалого прослуховування. Дивне роздвоєння особистості, продемонстроване акторкою в «Малголленд-Драйв» було її першою зірковою роллю. Фільм Дейвіда Лінча, який був номінований на «Оскар» і отримав приз за найкращу режисуру в Каннах, приніс Наомі перші значні нагороди, включаючи нагороду асоціації американських кінокритиків.
«Малголленд-Драйв» став початком злету її кар’єри. Наступні ролі — Еллі Паркер в однойменному фільмі (за цю роль Наомі нагородили на фестивалі в Санденсі, як найкращу акторку в короткометражному фільмі) і журналістки Рейчел Келлер у трилері-блокбастері «Дзвінок», який зібрав у прокаті 230 мільйонів доларів, закріпили за нею репутацію зірки, внаслідок чого на акторку посипалися пропозиції. Серед найкращих робіт Наомі Вотс: «21 грам» з Бенісіо Дель Торо і Шоном Пенном, «Вбити президента» знову з Шоном Пенном, який приніс їй номінацію на «Оскар», «Розлучення» з Кейт Гадсон і Ґлен Клоуз, «Зломщики сердець» із Дастіном Гофменом і Джудом Лоу, «Залишся» з Юеном МакҐреґором. Окрім того Наомі займається продюсуванням («Еллі Паркер», «Ми тут більше не живемо»).
У 2005 році на екрани вийшов «Кінґ-Конґ» Пітера Джексона, в якому Наомі зіграла роль коханої дівчини величезної мавпи — Енн Дерроу. Вона не побоялася виконати культову роль дівчини Кінґ-Конґа, зіграну до неї такими зірками як Фей Рей і Джессіка Ленж. У наступному фільмі «Розмальована вуаль» Наомі Вотс з’являється і як виконавиця головної ролі, і як продюсер. Це друга екранізація однойменного роману Сомерсета Моема (перша, за участю Ґрети Ґарбо, вийшла на екрани в 1934 році).
Особисте життя:
Вотс зустрічалася з режисером Даніелем Кірбі, сценаристом Джеффом Смінгі, режисером Стівеном Гопкінсом і актором Гітом Леджером, своїм партнером у фільмі «Банда Келлі». З 2005 року у неї зав’язалися романтичні стосунки з актором Лівом Шрайбером. Зараз у них двоє синів. Наразі вся родина мешкає в Нью-Йорку.