Nacida en Berlin en 1961, Kinski fue una de les modelos infantiles más conocidas de Alemania. Tuvo una infancia itinerante, siguiendo los pasos de su padre, Klaus Kinski, entre Alemania, Francia, España y Venezuela. Fue al colegio en Roma, Munic y Caracas; aprendió inglés en los Estados Unidos y estudió con Lee Strasberg en el Actor's Studio.

Hizo su debut en pantalla en 1974 con Falso Movimiento, y hasta la fecha Nastassja Kinski ha rodado decenas de películas, estableciéndose como una de las más reputadas actrices.

Rodó su primer film en inglés en 1976, y fue galardonada con los premios Bambi y Otto en 1978 y tuvo su primer éxito internacional con Cosí como Sei, de Alberto Lattuada y compartiendo cartel con Marcello Mastroianni. Ganó un Globo de Oro por su interpretación en Tess, dirigida por Roman Polanski.

En 1982, su transformación en pantera en  El Beso de la Pantera, de Paul Schrader conmovió a toda una generación. En 1984 la actriz volvió a encontrarse con Wim Wenders en otro de sus grandes éxitos París,Texas. Casi 10 años después trabajaría nuevamente con el director en Tan Lejos, tan Cerca.

Su filmografía revela su capacidad a encarnar diversos personajes bajo la dirección de grandes directores en películas como Corazonada, de 1982 y dirigida por Francis Ford Coppola, La Luna en el Arroyo, de 1983 y dirigida por Jean-Jacques Beineix, Después de una Noche, producida en 1997 y del director Mike Figgis o El Perdón, de Michael Winterbottom.

Ha participado en numerosos títulos, entre ellos Infielmente Tuya, de Howard Zieff, Alguien Espera, de Martin Donovan, Little Boy Blue, de Antonio Tibaldi, Solo por tu Amor, de Wolfgang Petersen, El Hotel New Hampshire, de Tony Richardson, Savior, de Peter Antonijevic, o Inocencia Robada, de Chris Menges.