Nathalie Marquay è stata la prima Miss Francia ad essere eletta in diretta sulla televisione francese. Successivamente si è classificata sesta alle finali di Miss Mondo 1987[1] ed ha partecipato anche a Miss Universo 1987.
È sposata con Jean-Pierre Pernaut, presentatore del telegiornale di TF1, al quale ha dato due figli, Tom e Lou.[2]
Dopo i concorsi di bellezza, la Marquay ha intrapreso la carriera di attrice. I suoi primi ruoli sono stati nelle sitcomSalut les Musclés e La Croisière foll'amour. Dal 2008 è entrata a far parte del cast di Sous le soleil nel ruolo di Monica.[3]