2000年,33岁的她接到了导演大卫·林奇的片约,片名是《穆赫兰道》。2002年,她主演的美版《午夜凶铃》成为2002年美国首映首周电影票房冠军。整合,娜奥米迅速投入《凯利党》、《21克》和《幸福合作社》等片的拍摄中,并获得了奥斯卡影后提名。
2005年,娜奥米遇见了彼得·杰克逊,担任了《金刚》的女主角安·达罗(AnnDarrow)。
2006年,她与爱德华·诺顿合作主演了中美合拍电影《面纱》。
2007年,娜奥米出演大卫·柯南伯格导演的犯罪惊悚片《东方的承诺》。
2008年,娜奥米·沃茨在传记片《我的名字叫乔迪·威廉姆斯》中扮演诺贝尔和平奖得主、社会活动家乔迪·威廉姆斯。
2009年,沃茨与克里夫·欧文共同主演了《跨国银行》,并出演了家庭伦理片《母与子》。
同年,41岁的娜奥米·沃茨以平均收1美元片酬便为电影公司赚回44美元票房的成绩稳居《福布斯》2009年年度最高票房回报率女星名单榜首。
2010年1月,娜奥米·沃茨加盟丹尼尔·克雷格主演的心理惊悚片《梦宅》,该片由爱尔兰导演吉姆·谢里丹执导,环球公司投拍。同年,娜奥米还参演了伍迪·艾伦执导的《遭遇陌生人》,并与西恩·潘二度合作主演了《公平游戏》。
2011年11月,她与莱昂纳多·迪卡普里奥主演的《胡佛》上映。
2012年,娜奥米·沃茨在西班牙导演胡安·安东尼奥·巴亚纳导演的灾难片《海啸奇迹》中担任女主角,并第二次荣获奥斯卡金像奖最佳女主角提名,同时收获了第70届金球奖(剧情片)最佳女主角(提名)。
2013年1月25日,她出演的《电影43》在北美公映。同年,沃茨参演了《忘年恋曲》,并在传记片《戴安娜》中饰演已故英国王妃戴安娜。
2014年6月,娜奥米·沃茨确定加盟《分歧者》三部续集,将在片中饰演无派别人士的领袖“伊芙琳”,与奥斯卡影后凯特·温斯莱特和奥斯卡最佳女配奥克塔维亚·斯宾瑟同台飙戏。
在2014年12月,第21届美国演员工会奖公布的提名名单中,娜奥米·沃茨分别凭借电影《鸟人》和《圣人文森特》同时提名最佳群戏和最佳女配角两个奖项。
2015年,由马修·麦康纳、渡边谦、娜奥米·沃茨等主演的电影《青木原树海》确定了日本版片名为《追忆之森》,2016年在日本上映。娜奥米·沃茨与雅各布·特伦布莱、杰顿·李博赫加盟《亨利之书》,娜奥米·沃茨在片中出演一位单身母亲。
2016年,澳大利亚动画电影《无赖》曝卡司,休·杰克曼与娜奥米·沃茨双双加盟献声片中角色。
1968年9月28日,娜奥米·沃茨在英国的肯特郡出生,她有个哥哥叫本,后来做了摄影师。娜奥米的父亲是摇滚乐队PinkFloyd的录音师,母亲则是业余演员。但这对艺术夫妻在女儿4岁时就分居了。当娜奥米只有6岁的时候,她年仅30岁的父亲在一次意外事故中丧生。
2003年,在拍摄《凯利党》的时候,娜奥米第一次遇见了《断背山》主演之一希斯·莱杰,两人相恋。2005年,娜奥米·沃茨拍摄电影《面纱》时与里夫·施雷伯相识并堕入爱河。
2007年7月25日,39岁的娜奥米·沃茨坚持自然分娩,在洛杉矶生下了她和丈夫列维·施瑞博尔的第一个孩子亚历山大。
2008年12月,40岁的娜奥米·沃茨再次分娩,在纽约生下了她的第二个儿子,并取名为塞缪尔·凯。
2016年9月,娜奥米·沃茨与男星列维·施瑞博尔在相恋11年后分手,两人将共同抚养他们的两个孩子。
2007年10月,继安吉丽娜·茱莉之后,娜奥米·沃兹成为又一位担任联合国慈善大使的好莱坞女星,作为反艾滋病特别任务的一员,唤起更多人们对艾滋病的关注和支持。