Apparentée à la famille Rotschild, fille de l'académicien Maurice Rheims, Nathalie Rheims a évolué dans différents domaines pour trouver sa voie. Chanson, cinéma, théâtre, elle tentera de se faire connaître. Il faudra attendre sa rencontre avec l'éditeur Léo Scheer pour qu'elle découvre le pouvoir des mots. Dès lors, elle publie de façon régulière et attire un large public, touché par ses romans largement teintés d'autobiographie.
Compagne du réalisateur Claude Berri, elle devient productrice de cinéma aux côtés de son beau-fils Thomas Langmann. Après avoir consacré un livre à Claude Berri, après le décès de ce dernier, elle publie en 2012 « Laisser les cendres s'envoler », dans lequel elle raconte sous l'écriture romanesque sa relation torturée avec sa propre mère.