1986년 프랑스 그르노블에서 태어났다. 파리 사회과학고등연구원EHESS에서 인류학을 전공하고, 2009년 알래스카에서 그위친인들과 생활하며 박사 논문을 집필했다. 그위친인들과 동고동락한 2년여 간의 시간을 바탕으로 2016년 《야생의 영혼들 Les âmes sauvages》을 출간했다.
2015년 나스타샤 마르탱은 시베리아 북동부에 거주하는 에벤인을 대상으로 인류학 연구를 진행하던 중 캄차카 화산 지대에서 곰의 습격을 받는다. 얼굴 전체와 오른쪽 다리가 찢기고 턱 일부마저 사라지는 극한의 위기 속에서 등반용 얼음도끼를 휘둘러 가까스로 곰을 쫓아낸 후, 러시아 클리우치의 군사기지 병원으로 이송되어 인공 턱을 삽입하는 대수술 끝에 살아남는다. 그리고 이전의 삶을 송두리째 앗아버린 곰의 습격과 그 이후의 삶을 담아 2020년 에세이 《야수를 믿다》를 펴냈다. 회복할 수 없는 상흔을 마주하고 다시 모험의 땅으로 나서는 인류학자의 격정적인 사유가 담담하고도 이지적인 문체와 어우러져 깊은 울림을 선사한다. 같은 해 “경계를 뛰어넘고 한계를 지우는 파격적인 이야기”라는 평을 받으며 리브르 뒤 레엘상을, “곰과의 폭력적인 만남과 타자성에 대한 심오한 성찰을 펴냈다”는 평과 함께 프랑수아 소메르 문학상을 수상했다. 2022년 《꿈의 동쪽에서 À l'Est des rêves》를 출간했으며, 영화감독 마이크 매깃슨과 다큐멘터리 〈트바이안 TVAÏAN〉을 공동 제작했다.
현재 소르본 법철학 연구소 ISJPS에서 교수로 일하는 한편 기후위기를 알리는 환경운동가로 활동하고 있다.