从韦伯道格拉斯戏剧艺术学院毕业六个月后，她试演并得到了卡萨诺瓦中的维多利亚的角色，能够与希斯·莱杰，西耶那·米勒合作出演。这是她电影的处女作，影片于2005年上映。电影的导演对她幽默的表演印象深刻，并让编剧增加了她的戏份。因为她试镜的表现和强大的表演力，她获得和三个迪士尼的电影片约，但片约没有行使。2005年，多默在电影《遥远的海岸》中扮演了一个小角色。《卡萨诺瓦》之后，她有9个月脱离了工作，她称这是给踏入职业生涯的她上过的最好的一课。在2006年，她在连续剧Rebus中客串了Phillippa Balfour一角。在2007和2008年，在都铎王朝前两季她出演了安·博林，并获得好评。洛杉矶周刊的罗伯特·阿贝尔写到：“娜塔莉展现了一个细腻和复杂的安·博林……”第二季末尾，她的角色走向死亡，波士顿先驱报这样写道：“娜塔莉的离开给都铎王朝留下了空白。”娜塔莉是简·多默尔的后代，简是玛丽一世的侍女，她的回忆录中包含了安·博林实际年龄的证据，这仍旧是引起学术界纷争的资源之一。2008年，她在《马普尔小姐探案——为什么不问埃文斯？》中饰演莫拉.尼克尔森。随后她出现在多部电影中如《飞行课》、《城市生活》、《Fencewalker》等等。 《马普尔小姐探案——为什么不问埃文斯？》于2009年播出。在2010年3月，她在伦敦的Young Vic剧院首次出演舞台剧Sweet Nothings。戏剧评论家苏珊娜·克拉普称赞演出的演员：“娜塔莉轻盈的作为一个令人愉快的四处游荡的人，进入这个棋局，把她的帽子推开。”在她演舞台剧六个月后，她出演了一些新的电影角色，如在麦当娜的电影W.E中饰演伊丽莎白王太后，在美国队长中出演了Lorraine。并在BBC的电视剧皇家律师中扮演了Niamh Cranich一角。她于2010年9月，在Hampstead Theatre演出了舞台剧.45。在《都铎王朝》的第四季中，她将作为安·博林出现在亨利八世的梦中。当她出现在剧集的宣传画中（与亨利八世，阿拉贡的凯瑟琳，简·西摩，克利夫的安，凯瑟琳·霍华德以及凯瑟琳·珀尔一同出现），这更得到了证实。2010年，她领衔主演由Peter Straub的小说Shadowland改编称的同名电影。2011年，娜塔莉·多默尔（Natalie Dormer）加盟HBO巨制《冰与火之歌：权力的游戏》（Game of Thrones），她将在该剧第二季饰演“玛格丽·提利尔（Margaery Tyrell）”的角色。该角色属于小说中的提利尔家族，为前国王劳勃·拜拉席恩（Robert Baratheon）弟弟蓝礼·拜拉席恩（Renly Baratheon）的未婚妻，并签约了第三季和第四季。2012年3月21——2012年4月14，她将重返Young Vic剧院，作为主演出演After miss Julie.