Artiste internationale, Nathalie Joly est passionnée par les formes parlées chantées, à l’origine de tous ses spectacles : Je sais que tu es dans la salle, Cabaret ambulant, J’attends un navire - Cabaret de l’exil d’après l’œuvre de Kurt Weill, Cafés Cantantes chansons de superstition, Paris Bukarest sur Maria Tanase, une trilogie sur Yvette Guilbert Je ne sais quoi d’après la correspondance entre Yvette Guilbert et Freud, En v’là une drôle d’affaire mis en scène par Jacques Verzier, Chansons sans gêne 3ème épisode mis en scène par Simon Abkarian (Théâtre de la Tempête 13-22 mai 2016), Diseuses du parlé chanté d’hier au rap d’aujourd’hui (Toursky, Marseille, 6 novembre 2015). Actuellement elle chante "Café Polisson" au Musée d'Orsay qu'elle a écrit pour 'l'ouverture de l'exposition "Splendeurs et misères, images de la prostitution" (mise en scène Jacques Verzier).
Ses spectacles tournent dans le monde entier, notamment en Afghanistan, où elle a réalisé en 2005 le film documentaire Tashakor.
Comédienne–chanteuse, elle a obtenu deux premiers de chant et musique de chambre au CNR de Boulogne-Billancourt et travaillé sous la direction de Philippe Adrien, Thierry Roisin, Michel Rostain, Alain Françon, Maurice Durozier, Lisa Wurmser, Jacques Verzier, Simon Abkarian, et des compositeurs comme Maurice Ohana, le GRAME, Christian Sebille, Philippe Legoff. Elle a tourné avec Stéphane Millière "Les aventures de Mona Lisa" pour Canal+, et avec Alain Tasma dans "La fracture". Elle jouera dans le prochain film de Joël Farges « Campo amor ».