Natalie du Toit tham dự các cuộc thi bơi lội quốc tế từ năm 14 tuổi và trở thành một tài năng trẻ của Nam Phi. Vào tháng 2 năm 2001, du Toit phải cắt chân trái đến gần đầu gối sau khi bị xe hơi đụng phải khi đi xe máy trở về trường học sau buổi tập bơi[4][5]. Tuy nhiên, du Toit đã tập bơi trở lại chỉ sau tai nạn đó 3 tháng.

Tại Đại hội thể thao Thịnh vượng chung 2002 ở Manchester, cô Du Toit đã giành 2 huy chương vàng nội dung 50 m và 100 m bơi tự do (trong đó nội dung 100 m là kỷ lục thế giới). Sau đó du Toit giành Giải thưởng David Dixon cho vận động viên nổi bật tại đại hội.

Tại Thế vận hội Người Khuyết tật Mùa hè 2004, cô đoạt 5 huy chương vàng về bơi lội.

Năm 2004, cô được bầu vào vị trí thứ 48 trong danh sách 100 người Nam Phi vĩ đại nhất của Tập đoàn Truyền thông Nam Phi (SABC).

Ngày 3 tháng 5 năm 2008, Du Toit vượt qua vòng loại Thế vận hội Bắc Kinh 2008 sau khi về thứ 4 nội dung bơi 10 km dành cho các vận động viên bình thường tại Giải vô địch thế giới dưới nước diễn ra tại Sevilla, Tây Ban Nha [6]. Với thành tích này, Du Toit cùng với Natalia Partyka trở thành 2 người đầu tiên tham dự cả hai Thế vận hội cho vận động viên bình thường và khuyết tật trong cùng 1 năm.[7] Cô cũng là người được chọn cầm cờ đại diện cho đoàn thể thao Nam Phi tại cả hai Thế vận hội Mùa hè 2008 và Thế vận hội Người khuyết tật Mùa hè 2008, trở thành vận động viên đầu tiên được chọn cầm cờ trong cả Olympic và Paralympic trong cùng một năm.[8]

Mặc dù không có hy vọng đoạt được huy chương tại một Thế vận hội bình thường, nhưng sự kiện cô là người khuyết tật nữ đầu tiên trên thế giới vượt qua bao người bình thường khác để đủ điều kiện tham gia một thế vận hội [7] cũng là sự kiện được nhiều báo chí quốc tế chú ý và là niềm hy vọng của những người khuyết tật. Ủy ban Thế vận của quốc gia cô (Cộng hòa Nam Phi) đã dành cho cô danh dự cầm cờ đi đầu đoàn vận động viên quốc gia trong buổi khai mạc Thế vận hội Mùa hè 2008 tại Bắc Kinh [9]. Và trong bộ môn bơi marathon 10 km của nữ ngày 20 tháng 8 tại Bắc Kinh, Natalie du Toit cụt chân trái, đã đến đích thứ 16 sau 2:07.87 chậm hơn người về đầu (là Larisa Ilchenko, người Nga, từng ba lần vô địch thế giới) chỉ 1 phút 22 giây và nhanh hơn 8 vận động viên bình thường có đủ 2 chân khác.[10][11] Tại Thế vận hội Người Khuyết tật Mùa hè 2008, cô đoạt 5 huy chương vàng về bơi lội.

Ngày 27 tháng 8 năm 2012, chỉ ba ngày trước khi bắt đầu Paralympics mùa hè năm 2012, cô thông báo ý định của mình để chấm dứt sự nghiệp bơi lội sau khi kết thúc sự kiện thể thao này.[12] Cô đoạt 3 huy chương vàng trong lần thi Thế vận hội Người khuyết tật này.