Nathalie Baye, née le 6 juillet 1948, est une actrice française.
Elle a obtenu quatre César : deux fois celui de la meilleure actrice dans un second rôle, pour Sauve qui peut (la vie) (1981) et Une étrange affaire (1982), et deux fois celui de la meilleure actrice, pour La Balance (1983) et Le Petit Lieutenant (2006).
En 1972, elle fait ses premières apparitions sur grand écran, dans Brève rencontre à Paris (Two People) de Robert Wise puis dans un rôle de scripte dans La Nuit américaine de François Truffaut. Elle enchaîne une série de seconds rôles. En 1978, Truffaut fait à nouveau appel à elle, pour lui confier le rôle principal féminin de La Chambre verte. Elle vit par ailleurs pendant une dizaine d'années avec Philippe Léotard.
En 1981, elle reçoit le César de la meilleure actrice dans un second rôle pour son interprétation dans Sauve qui peut (la vie) de Jean-Luc Godard. On la voit ensuite dans une série de films remarqués par le public et la critique, notamment le drame historique Le Retour de Martin Guerre de Daniel Vigne, dont elle partage la vedette avec Gérard Depardieu, et dans le polar La Balance de Bob Swaim, avec également Philippe Léotard et Richard Berry. Elle remporte consécutivement deux nouveaux César : d'abord en 1982 un autre César de la meilleure actrice dans un second rôle, qu'elle obtient pour la deuxième fois en deux ans grâce à sa prestation dans Une étrange affaire, puis en 1983 celui de la meilleure actrice pour sa prestation dans La Balance. Cette succession de récompenses et de succès commerciaux font d'elle, au début des années 1980, l'une des nouvelles vedettes du cinéma français : dans le même temps, le couple qu'elle forme avec Johnny Hallyday contribue à la placer sous les feux de l'actualité.
La naissance en 1983 de sa fille Laura, qu'elle a eue avec Johnny Hallyday, la pousse à ralentir son rythme de tournage. Si ses apparitions au cinéma deviennent moins fréquentes, elle profite de cette période pour remonter sur les planches en interprétant Adriana Monti en 1986.
À la fin des années 1980 et au début des années 1990, Nathalie Baye est moins présente sur les écrans. Plusieurs de ses films, comme Mensonge, sont des échecs commerciaux. Elle renoue avec le succès en salles en 1999 avec Vénus Beauté (Institut) de Tonie Marshall. La même année, elle gagne un Prix d'interprétation à Venise pour Une liaison pornographique. Dans les années qui suivent, elle alterne films grand public et productions plus intimistes.
Elle collabore une première fois avec le réalisateur Xavier Beauvois en 2001, pour les besoins du film Selon Matthieu. Quatre ans plus tard, Xavier Beauvois lui confie la vedette du film Le Petit Lieutenant, dans lequel elle interprète une commandante de police revenue d'un drame familial et de l'alcoolisme. Sa prestation lui vaut le quatrième César de sa carrière (son second trophée dans la catégorie « Meilleure actrice »). Après dix ans d'absence au théâtre, Nathalie Baye crée à Vidy-Lausanne, en septembre 2006, Zouc par Zouc, un entretien entre Zouc et Hervé Guibert, puis le joue au Théâtre du Rond-Point jusqu'au 30 décembre
Elle figure en huitième position de la liste des célébrités mieux payées du cinéma français pour l'année 2007, avec 1,2 millions d'euros de revenus. En 2008, elle tient le haut de l'affiche du nouveau film de Tonie Marshall, Passe-passe et de l'adaptation cinématographique par Josiane Balasko de son propre best-seller publié en 2004 (initialement un scénario refusé par les producteurs), Cliente. En 2010, elle joue dans Ensemble, c'est trop, une comédie de Léa Fezar avec notamment Pierre Arditi, Jocelyn Quivrin (ce fut son dernier film), Éric Cantona ou encore Aïssa Maïga. Elle y joue une femme qui découvre que son mari l'a trompée et s'installe chez son fils, mais la cohabitation va devenir un enfer pour la famille de ce dernier.
Engagée pour la défense de l'environnement et le soutien à l'enfance défavorisée, Nathalie Baye est membre du comité d'honneur de l'Institut Jane Goodall France. Membre du comité d'honneur de l'Association pour le droit de mourir dans la dignité, elle s'implique régulièrement aux côtés de l'association, et cosigne en 2012 un appel aux candidats à l'élection présidentielle leur demandant de s'engager à déposer un projet de loi pour légaliser l'euthanasie.
Elle est nommée Chevalier de la Légion d'honneur le 1er janvier 2009.
En octobre 2011, elle est la présidente du jury du 22e Festival du film britannique de Dinard.