La carrière de Nathalie marin s'est développée en Europe et en Amérique Latine. Elle est actuellement directrice artistique de l’Ensemble Habana XXI. En 2017, elle a été  directrice musicale du Mersin State Opera en Turquie. Elle fut cheffe d'orchestre résidente de l'Orchestre Philharmonique du Kosovo l'année précédente. Directrice artistique de l’Orchestre Symphonique National de l’Equateur de 2011 à 2013, elle fut auparavant directrice artistique de l’Ensemble orchestral de l’Isère.

En tant que cheffe invitée, Nathalie Marin a dirigé: l’Orchestre Philharmonique de Buenos Aires, l'Orchestre Académique du Théâtre Colon, l’Orchestre Philharmonique de Mendoza, l'Orchestre Symphonique de Rosario, de Salta, de San Juan (Argentine), le Brussels Philharmonic, le Thuringen Symphony Orchestra (Allemagne), l’Orchestre Philharmonique de Nice, l’Orchestre Symphonique de Cannes, le Voralberg Symphony Orchestra (Autriche), les orchestres symphoniques nationaux de Bolivie, Chili, de Costa Rica, Cuba, Panama,Vietnam les Orchestres Philharmoniques des États de Chihuahua, Puebla, Guanajuato, Aguascalientes, Xalapa (Mexique).  Elle s’est produite dans de  prestigieuses salles de concerts ou théâtres tels que, le Teatro Colon à Buenos Aires, le théâtre  La Fenice à Venise, au Festspielhaus de Bregenz (Autriche), à Shanghai, La Cité de la Musique à Paris où elle a dirigé Carré de K. Stockhausen aux cotés de Michel Tabachnik.

Ses activités de cheffe d'orchestre se partagent  entre le répertoire symphonique et lyrique. Nathalie Marin a dirigé de nombreux opéras dont Macbeth, G. Verdi au Festival International d’Istambul (Turquie), Der Freischutz au Festspielhaus de Bregenz (Autriche), Tosca, Cosi fan tutte avec l’Orchestre Pasdeloup (Paris), Don Giovanni au Grand Théâtre de la Havane, l’Opéra de quatre sous de K. Weill dans les théâtres de Livorno, Lucca et Pisa, Falstaff au Théâtre d’Orvieto (Italie), La Bohème, Madama Butterfly, Carmen en tournée en France etc.

Nathalie Marin a été l’assistante de Michel Tabachnik. En 1999, elle a obtenu un Master en direction d’orchestre  à la “Danish Royal Academy” à  Copenhague. En 1998, elle a été cheffe assistante à l’Opéra Royal de Copenhague. Elle a également suivi l'enseignement de Jean Claude Harteman pour le répertoire lyrique.

Avec l’Ensemble ENORIS, Nathalie Marin a enregistré le Carnaval des animaux de C. Saint Saëns, récitant François Morel ainsi et Pierre et le loup de S. Prokofiev, récitant Jean Claude Dreyfus. Avec l'Orchestre National Symphonique de l’Equateur: Danzas del viento avec le guitariste Serge Lopez (Debussy, Ravel, Satie), Variations sur le thème El Capariche  de Juan Campoverde et Eduardo Flores, le Divertimento E. Guevara le concerto pour hautbois Brenno Blauth avec  José Luis Urquieta. Elle est membre de l' International Music Council. Elle donne de nombreuses  masterclasses et conférences dans les universités et pour le public.