Fille de l'académicien Maurice Rheims, Nathalie Rheims rêve d'abord de devenir actrice. A 17 ans, elle entre au Conservatoire de la rue Blanche, et joue jusqu'en 1983 au théâtre et dans des téléfilms. L'année suivante on la retrouve dans le magazine Elle où elle mène de grands entretiens. En 1986, elle devient productrice de télévision : 'Haute curiosité' sur TV6, présenté par Maurice Rheims, avant de créer une société de communication avec son époux. C'est en 1999 qu'elle saute le pas et devient romancière. Son premier livre L'un pour l'autre (1999) confirme sa vocation puisqu'il obtient le prix du Gai Savoir. Les romans qui suivent, Lettre d'une amoureuse morte, Les Fleurs du silence et L'Ange de la dernière heure, reçoivent un bel accueil du public. S'en suivent plusieurs romans publiés aux éditions Léo Scheer, L'ombre des autres, Journal intime, Claude ou Le Fantôme du Fauteuil, inspiré du Fauteuil hanté de Gaston Leroux. En 2012, elle publie Laisser les cendres s'envoler, roman autobiographique dans lequel elle revient sur l'abandon de sa mère.