Portman gimė 1981 m. birželio 9 d. Jeruzalėje. Jos tėvai yra žydai. Jos tėvai jai davė tradicinį hebrajų vardą "Neta-Lee". Ji yra vienintelė Shelley (gimė Stevens), Amerikos namų šeimininkė, kuri dirba kaip Portman agentas, ir Avner Hershlag, Izraelio vaisingumo specialistas ir ginekologas, vaikas. Jos seneliai motinos pusėje, Bernice (gimė Hurwitz) ir Arthur Stevens (kungių pavardė iš pradžių buvo Edelstein), buvo iš žydų šeimų, persikėlusių į Jungtines Valstijas iš Austrijos ir Rusijos. Portman seneliai tėvų pusėje, Mania (gimė Portman) ir Yehuda Hershlag, buvo žydų imigrantai į Izraelį.
Jungtinės Valstijos ir Izraelis