Noami Watts débute sa carrière d'actrice en Australie, pays où elle a passé son enfance, dans la comédie romantique For love alone (1986). Elle y côtoie Sam Neill et Hugo Weaving. Elle apparaît par la suite dans Tank girl de Rachel Talalay en 1995, puis assure une voix additionnelle de Babe, le cochon dans la ville trois ans plus tard. En 2001, c'est Mulholland Drive de David Lynch qui permet à Noami Watts d'être véritablement découverte aux quatre coins de la planète. Son interprétation de l'ingénue Diane lui vaut de nombreuses récompenses, dont celles du National Board of Review, de la National Society of Film Critics et de la Chicago Film Critics Association.Le succès aidant, l'actrice est désormais tête d'affiche et c'est sur son nom qu'est vendu L'Ascenseur (niveau 2), réalisé avant Mulholland Drive mais sorti sur les écrans français en janvier 2002. La même année, Noami Watts tourne Le Cercle - the Ring, adaptation américaine du film homonyme de Hideo Nakata, sous la direction de Gore Verbinski. Le succès est tel que deux ans après, elle affronte à nouveau la célèbre cassette vidéo tueuse dans une suite sobrement intitulée Le Cercle - The Ring 2. Devenue incontournable, elle enchaîne les longs métrages au casting prestigieux : Le Divorce (2003) aux côtés de Kate Hudson, Thierry Lhermitte et Glenn Close, 21 grammes (id.), où elle donne la réplique à Sean Penn, Benicio Del Toro et Charlotte Gainsbourg, ainsi que la comédie existentielle J'adore Huckabees (2004), où elle a pour partenaires de jeu Jude Law, Mark Wahlberg et Dustin Hoffman.