Natalie Moorhead (* 27. Juli 1901 in Pittsburgh, Pennsylvania als Nathalia Messner; † 6. Oktober 1992 in Montecito, Kalifornien) war eine US-amerikanische Schauspielerin.
Natalie Moorhead begann ihre Schauspielkarriere beim Theater und war in den 1920er-Jahren mehrmals am Broadway zu sehen. Im Jahre 1929, kurz nach Beginn der Tonfilmära, machte die blondhaarige Schauspielerin ihr Kinodebüt. Schon ein Jahr später spielte sie als Partnerin von William Powell ihre erste Hauptrolle in Der Schuß im Dunkel. Ein weiterer großer Erfolg gelang ihr 1934 erneut an Powells Seite in Der dünne Mann, wo sie eine attraktive, aber geheimnisvolle Mordverdächtige verkörperte. Als Ende der 1930er-Jahre ihr Erfolg nachließ, zog sie sich 1940 nach rund 70 Filmen von der Schauspielerei zurück.
Natalie Moorhead war von 1929 bis 1930 mit Raymond Phillips verheiratet. Mit dem Regisseur des ersten Tonfilmes, Alan Crosland, ging sie von 1930 bis 1935 die Ehe ein. Mit dem Schauspieler Juan Torena war sie bis zu seinem Tod 1983 verheiratet. Natalie Moorhead starb mit 91 Jahren in Kalifornien.