Die Eltern von Nathaniel Parker sind der ehemalige Vorstandsvorsitzende der British Rail, Peter Parker, und Jill Parker. Schon mit neun Jahren entschloss er sich, Schauspieler zu werden. Er machte einen Abschluss auf der London Academy of Music and Dramatic Art und wurde Mitglied der Royal Shakespeare Company.
Seit 2002 ist Parker auch einem breiteren Fernsehpublikum bekannt in der Rolle des Inspektors Thomas Lynley in den Verfilmungen der Krimi-Reihe von Elizabeth George. Mittlerweile besteht die Serie aus 23 Filmen.
2011 war er als Agravaine in der BBC-Serie Merlin – Die neuen Abenteuer zu sehen.
Parker ist seit 1992 mit der Schauspielerin Anna Patrick verheiratet und hat mit ihr zwei Töchter. Er hat eine Schwester und zwei Brüder – darunter den Schauspieler und Regisseur Oliver Parker.