Дэниэл был младшим из девяти детей в семье евреев - иммигрантов из Российской империи. Во время Великой депрессии его отец потерял свой бизнес и долгое время был безработным. По окончании средней школы Нэтанс поступил в Делавэрский университет, где изучал математику, химию, философию и литературу, завершив обучение в 1950г. со званием бакалавра. В том же году поступил в Медицинскую школу Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
   После получения в 1954г. степени доктора медицины Нэтанс работал в Колумбийском медицинском центре в Нью-Йорке. В 1955-57гг. он был сотрудником Национального института рака в Бетесде, штат Мэриленд. Там он изучал биосинтез миеломного белка, который синтезируется злокачественными плазматическими клетками при миеломной болезни.
    Возвратившись в Колумбийский центр, Нэтанс в течение двух лет стажировался у профессора Роберта Лоуба, затем (1959-62) вёл самостоятельные исследования в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке: продолжал изучение биосинтеза белка и идентифицировал бактериальные факторы, ускоряющие включение аминокислот в белковые молекулы. Работая со специалистом в области молекулярной генетики Нортоном Зиндером, он изучал роль рибонуклеиновой кислоты (РНК) в синтезе белков бактериофагов.
   В 1962г. Нэтанс становится помощником профессора микробиологии и руководителем генетического отдела в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса, в 1967г. получает звание полного профессора. В конце 60-х годов работает в Вейцмановском институте в Реховоте, Израиль.
    Натанс первым применил рестриктазы, обнаруженные и охарактеризованные Хэмилтоном Смитом и Вернером Арбером, в генетических исследованиях вируса SV40. Он разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1978г. с Арбером и Смитом за "открытие ферментов рестрикации и методов их использования для изысканий в молекулярной генетике". В числе его наград также премия по молекулярной биологии Национальной академии наук (1976) и Национальная медаль науки (1993).
   С 1980г. Дэниэл Натанс - профессор молекулярной биологии и генетики в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса, а также старший исследователь в Медицинском институте им. Хауарда Хуга. Он был президентом Университета Джонса Хопкинса (1995-96), членом Американской академии наук и искусств.

Вне Нью-Йорка

- В 1999г. в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, был основан Институт медицинской генетики МакКусака - Нэтанса, а в 2005 именем Нэтанса был назван один из четырёх колледжей университета.

- Памятный знак Нэтанса установлен на Бульваре Нобелевских Лауреатов в Ришон ле-Ционе, Израиль.