Nastassja Kinski est née Nastassja Aglaia Nakszynski le 24 janvier 1961 à Berlin, en Allemagne, fille de l’acteur allemand Klaus Kinski. En 1976, elle rencontre le réalisateur Roman Polanski, qui la pousse à étudier le jeu de méthode avec Lee Strasberg aux États-Unis. Kinski a joué dans le drame romantique italien Stay as You Are (1978) avec Marcello Mastroianni, gagnant sa reconnaissance aux États-Unis après la sortie du film le 21 décembre 1979. Elle a joué le personnage principal dans le drame romantique de Polanski Tess (1979), un adaptation du roman de Thomas Hardy « Tess des d’Urberville » (1891).
Kinski a joué dans la comédie musicale romantique One From the Heart (1981) de Francis Ford Coppola , son premier film réalisé aux États-Unis. Le film est devenu une bombe au box-office et a été une perte majeure pour la société de production de Coppola, Zoetrope Studios. Elle a également joué dans le film d’horreur érotique Cat People (1982) avec Malcolm McDowell, un remake du classique de 1942 du même nom. Elle est apparue dans le film dramatique de Wim Wenders Paris, Texas (1984) avec Harry Dean Stanton et Dean Stockwell. L’un de ses films les plus acclamés, le film a remporté la Palme d’Or au Festival de Cannes.
Au cours des années 1990, Kinski est apparu dans un certain nombre de films américains, dont le film d’action Terminal Velocity (1994) aux côtés de Charlie Sheen, One Night Stand (1997), Your Friends and Neighbours (1998), Susan’s Plan de John Landis (1998), et Le fils perdu (1999). Elle est apparue dans plus de 60 films en Europe et aux États-Unis.