Ihren Vater hat die „Mulholland Drive“-Darstellerin früh verloren. Als sie sieben Jahre alt war wurde der ehemalige Tourmanager von Pink Floyd mit einer Überdosis tot aufgefunden. Sein Lachen kann man in den Liedern „Speak to Me" and „Brain Damage" von der Platte „The Dark Side of the Moon" hören. Naomi Watts hat sich als Klingelton für ihr Handy den Pink-Floyd-Song „Money" ausgesucht.
Ihre frühe Kindheit ist von Unstetigkeit und einem persönlichen Drama überschattet. Geboren wird sie in Shoreham, ihre Mutter ist Antikhändlerin und Kostümdesignerin, ihr Vater ist Tourmanager für Pink Floyd. Die Idylle zerbricht als die Eltern sich trennen, da ist die spätere Schauspielerin vier Jahre alt. Sie und ihr Bruder ziehen mit der Mutter mehrere Male innerhalb von Südengland um. 1974 verlässt ihr Vater Pink Floyd und die Eltern finden wieder zueinander, doch die Familie wird jäh zerrissen als der Vater zwei Jahre später tot in einer Wohnung in Notting Hill aufgefunden wird. Es stellt sich heraus, dass es eine Überdosis Heroin war, die ihn das Leben kostete
Die Mutter geht mit den Kindern nach Wales, wo Watts Großeltern leben. 1978 heiratet die Mutter erneut und die Familie zieht nach Suffolk, kurz darauf nach Australien. Über ihre Kindheit wird sie später sagen: „Es gab eine Menge Traurigkeit in meiner Kindheit, aber nie ein Mangel an Liebe.&ldquo
In Sydney beginnt die Liebe zur Schauspielerei, Naomi Watts beginnt Unterricht zu nehmen und spricht für Werbepots vor. Dabei lernt sie Nicole Kidman kennen. Sie schmeißt die Schule und geht mit 18 Jahren nach Japan für eine Modelagentur, doch kann dort nicht Fuß fassen und kehrt nach Sydney zurück, wo sie Moderedakteurin eines Magazins wird
Sie startet ihre Karriere wie viele andere in Australien vor ihr: mit einer Rolle in der Seifenoper „Home and Away“. In den folgenden Jahren ist sie zwar nicht unbeschäftigt, aber wirklich erfolgreich auch noch nicht. Erst 2001 ergattert sie ihre Schicksalsrolle, die in dem Psychodrama „Mulholland Dr.“ von David Lynch. Nach diesem Erfolg geht es auf hohem Niveau weiter
Mit Kate Hudson spielt sie in „Eine Affäre in Paris“, an der Seite von Sean Penn begeistert sie in „21 Gramm“ und auch in der 2005er „King Kong“-Verfilmung ist sie dabei
2008 nimmt sie sich eine kurze Auszeit für ihre Kinder, als sie wieder zurück vor die Kameras tritt, wendet sie sich weitgehend von den Blockbustern ab, hin zu Arthouse und Biopics. 2014 nimmt sie eine Rolle in „Birdman“ an, im Jahr darauf brilliert sie in „Alle Farben des Lebens“
2017 traut sie sich in die Serienwelt, unter anderem ist sie in Gypsy und in dem Twin Peaks-Revival mit dabei
Ihren ersten gemeinsamen Auftritt mit Lebensgefährten Liev Schreiber war die King-Kong-Premiere im Jahr 2005. Danach waren die beiden Schauspieler ein Paar, mittlerweile auch Eltern. Die beiden Söhne Alexander und Samuel wurden 2007 und 2008 geboren. Ein drittes Kind würde die Darstellerin wagen, wenn sie garantiert ein Mädchen bekommen würde
Im Jahr 2009 sagte die Vegetarierin, dass Schreiber ihr zwar einen Ring gegeben habe, aber keiner der beiden es eilig vor den Altar habe
Naomi Watts und Liev Schreiber trennen sich im September 2016 nach elf gemeinsamen Jahren freundschaftlich.