Annesi Beyaz Rus, babası Çerkes kökenlidir. 2005 yılında Erberk Ajansa kayıt yaptırdıktan 2 ay sonra bir reklam filminde oynamıştır.

Yeditepe Üniversitesi Tiyatro bölümünde okumaktadır.

Neslihan Atagül, oyunculuk hayatına ilk kez 2006'da Yaprak Dökümü dizisinde Deniz karakteriyle adım atmıştır. Yine 2006 yılında İlk Aşk filminde oynadı ve bu film ile Altın Koza Film Festivali'nde "Umut Veren Genç Kadın Oyuncu" ödülüne layık görüldü.

18 Kasım 2011 tarihinde Atv'de yayına başlayın, Mahsun Kırmızıgül'ün senaristliğini ve yönetmenliğini yaptığı ilk dizi çalışması olan Hayat devam ediyor adı dizide Neslihan Atagül, Fikret Kuşkan, Menderes Samancılar gibi ustalarla oynamıştır.

25 Kasım 2015 tarihinde, 3 yıla yakındır beraber olduğu Kadir Doğulu ile nişanlanmış daha sonra da evlenmiştir.

Filmografi

2006 İlk Aşk Genç Bahar

2011 Araf Zehra

2015 Senden Bana Kalan Elif

Televizyon

2006 - 2010 Yaprak Dökümü Deniz

2011 Canım Babam Pınar

2011 - 2012 Hayat Devam Ediyor Şirin Bakırcı

2013 - 2014 Fatih Harbiye Neriman

2015-2017 Kara Sevda Nihan Sezin (Soydere)