Kariera Jako nastolatka rozpoczęła pracę w Niemczech jako modelka. Dla kina odkryła ją Lisa Kreuzer, aktorka niemieckiej Nowej Fali i ówczesna żona Wima Wendersa, na dyskotece w Monachium. Zadebiutowała u Wendersa w roli niemej Mignon w filmie drogi Fałszywy ruch (The Wrong Move, 1975) z Hanną Schygullą, gdzie w wieku 12 lat wystąpiła topless.
W 1976 roku na przyjęciu Kinski poznała reżysera Romana Polańskiego, który namówił ją do studiów aktorskich w Lee Strasberg Theatre and Film Institute. Opanowała języki: angielski, niemiecki, francuski, włoski i rosyjski.
W jednym z odcinków niemieckiego serialu kryminalnego NDR Tatort – pt. Reifezeugnis (1977) w reżyserii Wolfganga Petersena wystąpiła jako Sina Wolf. Roman Polański zaangażował ją do głównej roli w ekranizacji powieści Thomasa Hardy’ego Tess (1979). Postać Tess Durbeyfield uważana jest za największe osiągnięcie w karierze aktorskiej Nastassji Kinski, co potwierdziła przyznana jej nagroda Złotego Globu dla najlepszej aktorki. Głośno było wówczas o romansie 15-letniej Nastassji z 43-letnim Polańskim. Jednak w 1999 roku na łamach The Guardian zacytowano słowa aktorki, mówiącej, że do niczego między nimi nie doszło. – Flirtowaliśmy. Mógł mnie uwieść, ale tego nie zrobił. Miał do mnie szacunek – wspominała.