Nicole y Natalie tienen dos hermanas mayores, Lori y Lee. Natalie nació en Mississauga, Ontario,^[3]​ de padres judíos, Mary y Kenneth Appleton. Durante su infancia, vivió en Toronto, Nueva York y Londres.

Asistió a la escuela secundaria en Ellenville, Nueva York, y finalmente la dejó para cantar en un club de campo de Borscht Belt a los 15 años.^[4]​ En 1990, regresó a Camden, Londres, donde conoció a Carl Robinson, un stripper a quien conoció al verlo actuar una noche en Londres cuando tenía 17 años. El 19 de mayo de 1992, nació su hija llamada Rachel. Ella y Robinson se mudaron a Nueva York, donde se casaron en 1993, antes de que Appleton regresara a Reino Unido tras la anulación del matrimonio.^[3]​

Tuvo relaciones con el presentador de televisión Jamie Theakston y con el actor Jonny Lee Miller a finales de la década de 1990.

Appleton comenzó a salir con Liam Howlett, de la banda electrónica The Prodigy, en 2000, después de conocerse en el V Festival.^[5]​ Se casaron el 7 de junio de 2002 en una ceremonia en Francia.^[6]​ Además de la hija de Appleton de su primer matrimonio, la pareja tiene un hijo, Ace Billy Howlett, nacido el 2 de marzo de 2004.^[7]​^[8]​ La familia vive en el área de Hampstead, en Londres.^[9]​

En 1983, Appleton se mudó a Londres y asistió a la Escuela de Teatro Sylvia Young.^[3]​

El padre de Appleton conoció a Melanie Blatt, con quien Nicole había asistido a la Escuela de Teatro Sylvia Young, y se enteró de que Blatt buscaba nuevas integrantes para su grupo femenino. Nicole preguntó si su hermana también podía unirse.^[10]​ En 1996, ambas hermanas se unieron a Blatt y Shaznay Lewis, formando All Saints. En 2000, Natalie y Nicole aparecieron en la película Honest, que tuvo una mala recepción. All Saints se separó en 2001, en medio de muchas especulaciones y rumores. En sus cinco años de carrera, el grupo alcanzó un total de cinco sencillos número uno.

Natalie y Nicole formaron el dúo Appleton y lanzaron su primer sencillo, "Fantasy", en septiembre de 2002. El álbum Everything's Eventual se lanzó a principios de 2003. En noviembre de 2004, Appleton participó en la cuarta temporada de "I'm a Celebrity... Get Me Out of Here!".^[11]​

De 2006 a 2008, All Saints se reunió y lanzó su tercer álbum de estudio titulado Studio 1^[12]​ el 13 de noviembre de 2006. Sin embargo, el grupo se volvió a separar en 2009.

En 2014, All Saints volvió a reunirse para telonear a los Backstreet Boys en cinco actuaciones por el Reino Unido e Irlanda.^[13]​ El 27 de enero de 2016, se confirmó que All Saints lanzaría su cuarto álbum de estudio, Red Flag, el 8 de abril de 2016. El sencillo principal del álbum, «One Strike», lo precedió el 26 de febrero de 2016.^[14]​

En 2023, Appleton compitió en la cuarta temporada de The Masked Singer bajo el nombre "Fawn", y terminó en tercer lugar.^[15]​

• Natalie Appleton en Internet Movie Database (en inglés).