Натали Зиа родилась в Харрисе, штат Техас и получила образование в Американской музыкально-драматической академии в Нью-Йорке, которую закончила в 1995 году. Она начала свою карьеру со съемок в рекламе, а в 1995 году сыграла в короткометражном фильме «Парни не плачут», который после превратился в полноценный проект, но роль, сыгранную Зиа исполнила в нём Хлоя Севиньи, которая впоследствии была номинирована на «Оскар».
Зиа известна благодаря своим ролям на телевидении. Она стала известна благодаря своей роли в дневной мыльной опере «Страсти», где снималась в 2000-2002 годах. Её первая регулярная роль в прайм-тайм была в недолго просуществовавшем сериале «Взгляды» в 2005 году. Наибольшей известности она добилась благодаря роли светской львицы в прайм-тайм мыльной опере «Грязные мокрые деньги», где снималась в 2007-2009 годах. Также она появилась в сериалах «Щит», «Жеребец» и Californication. На большом экране она сыграла малую роль в фильме 2010 года «Копы в глубоком запасе».
Начиная с 2010 года, Зиа играет Вайнону Хокинс в сериале «Правосудие», а с 2013 - Клэр Мэтьюс в сериале «Последователи». В 2014 году она вернулась к своим мыльным корням с ведущей ролью в сериале ABC «Только для членов». Шоу было закрыто каналом до выхода в эфир, несмотря на производство нескольких эпизодов.
С 16 июля 2014 года, Зиа замужем за актёром Трэвисом Шульдтом, с которым она встречалась 11 лет до их свадьбы.