Née d'une mère bergère corse et d'un père militaire kabyle, Marie-José Nat a commencé sa carrière par un roman photo publié dans la revue Femmes d'aujourd'hui. Elle se forme au métier de comédienne en suivant le cours Simon. Denys de La Patellière lui donne son premier grand rôle en 1959 dans
Rue des Prairies.
Elle est la première star à avoir fait la première couverture du magazine Télé 7 Jours paru d'abord sous le nom Télé 60 le 26 mars 1960.
Elle a épousé en premières noces le comédien Roger Dumas dont elle divorcera rapidement pour épouser le cinéaste Michel Drach de qui elle a eu trois enfants, on lui connait aussi une liaison de plusieurs années avec le comédien Victor Lanoux. En octobre 2005, elle s'est mariée avec le peintre, écrivain, auteur de chansons Serge Rezvani.
Elle a publié en mai 2006 une autobiographie « Je n'ai pas oublié ».