Née le 10 février 1981 à Bathurst au Canada, Natasha St-Pier est la fille de Mario, un directeur de prison d'origine italienne et de Marie, une directrice de maison de retraite. Elle grandit au Québec avec son frère Jonathan et s'initie très tôt à la danse, au piano et au chant. Elle monte pour la première fois sur scène à l'âge de 8 ans, elle y prend goût et se produit dès lors dans de nombreux galas régionaux.
En 1993, à l'âge de 12 ans, Natasha St-Pier participe à l'émission Le pouvoir de la chanson, l'équivalent de La Nouvelle star au Québec et remporte le concours. Dans la foulée, elle enregistre son premier single, Le parcours du coeur, salué unanimement par la critique. En 1995, elle sort un premier album, intitulé Emergence, qui connaît un succès honorable dans les bacs et dont plusieurs titres sont joués sur les radios canadiennes. En 1999, le compositeur Luc Plamondon, la choisit pour incarner Fleur-de-Lys dans la comédie musicale Notre-Dame-de-Paris, un rôle qui la rend célèbre en France.
En 2000, elle assure le première partie des concerts de Garou lors d'une tournée européenne qui s'achève au Zénith de Paris. En 2001, elle termine quatrième du Concours de l'Eurovision en défendant les couleurs de la France. En 2003, révélation aux Victoires de la Musique, elle chante en duo avec Johnny Hallyday qui fête ses 60 ans sur scène.
En janvier 2006, elle sort son cinquième album, Longueur d'ondes, son troisième en collaboration avec Pascal Obispo dont la griffe semble désormais indissociable de sa carrière. Après une longue tournée en 2006, Natasha St-Pier a annoncé qu'elle devrait sortir un nouvel album courant 2008.