Naomie Melanie Harris nació el 6 de septiembre de 1976 en Londres, Inglaterra, Reino Unido.

Se graduó de Pembroke College, Cambridge en 1998 con un título en ciencias sociales y políticas. Harris se formó en la Escuela de Teatro Bristol Old Vic Theatre.

Harris ha aparecido en televisión y cine desde que tenía nueve años, incluyendo un papel protagónico en la nueva versión de la serie de ciencia ficción The Tomorrow People. En noviembre de 2002, protagonizó la película post-apocalíptica de Danny Boyle, Exterminio. 

Desde entonces, Harris ha aparecido en Piratas del Caribe: El cofre del hombre muerto, Piratas del Caribe: En el fin del mundo y Miami Vice de Michael Mann.

Interpretó a Elizabeth Lavenza en la producción teatral de Danny Boyle de Frankenstein de Mary Shelley para el Teatro Nacional. Posteriormente, coprotagonizó la 23ª película de James Bond, Skyfall, interpretando a Eve Moneypenny. Ella es la primera actriz negra en jugar Moneypenny, y es la primera Moneypenny en recibir un nombre. Harris retomó su papel como Moneypenny en la película 24th Bond, Specter, que se lanzó el 26 de octubre de 2015.

En 2016, Harris actuó como Paula en la película aclamada por la crítica: Luz de luna. Interpretó a la abusiva madre drogadicta del personaje principal de la película, Chiron. La película la sigue a ella y a su hijo durante un período de 20 años. Luz de luna ganó el Premio de la Academia a la Mejor Película y Harris fue nominada para un Premio de la Academia a la Mejor Actriz de Reparto, Premio del Sindicato de Actores por Mejor Interpretación por una Actor Femenina en un Papel de Apoyo y Premio Globo de Oro a la Mejor Actriz de Reparto - Película, entre otros premios.

Harris fue nombrada Oficial de la Orden del Imperio Británico (OBE) en los Honores de Año Nuevo 2017 por sus servicios al drama. Actualmente reside en Londres.