Nathalie Martinau (30. toukokuuta 1845 Nikolajevsk, Hersonin kuvernementti, Venäjä – 15. marraskuuta 1936 Helsinki) oli suomalainen taidemaalari.

Martinaun vanhemmat olivat Haminan kadettikoulun johtaja, kenraaliluutnantti Karl Mauritz Martinau (1797–1863) ja Wilhelmina Amalia Tigerstedt (1821–1906). Hän opiskeli Schwemmerin ja Carl Ehrenbergin johdolla Dresdenissä vuodesta 1876 alkaen sekä Doillardin ja N. P. Collinin johdolla Pariisissa 1881–1882. Nathalie Martinaun nuorempi sisar oli taidemaalari Maria Martinau (1847–1914). He työskentelivät yhdessä ja heidän maalaustapansa olivat hyvin samanlaiset.

Teoksia

• Lapsi : öljymaalaus. 1880
• Uskottu palvelijatar : öljymaalaus. 1882
• Pariisilaispoika : öljymaalaus. 1883
• Lukuhetki : öljymaalaus.