Nathan Ambrosioni est né à Grasse dans le sud de la France le 18 aout 1999. Il fait ses gammes dans le cinéma en 2014 et 2015 en réalisant deux films de genre auto-produits avec une équipe de bénévoles durant les vacances scolaires. Ces deux projets de « vacances » vont faire le tour du monde en festivals: Bruxelles (BIFFF), Los Angeles (Screamfest), Montréal (Fantasia), Barcelone (Sitges), Buenos Aires (BAFICI), Cleveland (CIFF), Londres (FrightFest), Turin (Sotto18),...

Nathan change de genre à partir de 2016 pour se lancer dans un cinéma plus intimiste. Il écrit et réalise alors un court métrage, « Ce qui nous reste » avec Zoé Adjani dans le rôle principal. Le film sera sélectionné aux festivals de Calgary et San Francisco.

En 2017, il reçoit l’avance sur recette du CNC pour son premier long métrage produit, « Les drapeaux de papier ». Le tournage a eu lieu début 2018 avec Noémie Merlant et Guillaume Gouix dans les rôles principaux. Le film sort en salle le 13 février 2019.

Ensuite, Nathan a écrit deux films avec Audrey Diwan, qu’il garde pour l’instant dans ses tiroirs. En 2021, il écrit, seul à nouveau, Toni, en famille et le réalisera un an plus tard avec Camille Cottin dans le rôle principal. Le film est produit par Chi-fou-mi Productions et sera distribué en salles le 6 septembre par Studiocanal.