Neslihan Atagül Doğulu, 20 Ağustos 1992’de İstanbul’da doğdu. Annesi Beyaz Rus, babası ise Çerkes kökenlidir. Oyunculuk hayatına 2005 yılında Erberk Ajans’a kayıt olarak adım attı ve yalnızca iki ay sonra bir reklam filminde yer aldı. Lisans eğitimine Yeditepe Üniversitesi Tiyatro Bölümü’nde devam etmektedir.
Atagül, ekran serüvenine 2006 yılında Yaprak Dökümü dizisinde Deniz karakteriyle başladı. Aynı yıl İlk Aşk filminde rol alarak Altın Koza Film Festivali’nden “Umut Veren Genç Kadın Oyuncu” ödülünü kazandı. 2011’de ATV’de yayımlanmaya başlayan Mahsun Kırmızıgül’ün yazıp yönettiği Hayat Devam Ediyor dizisinde Fikret Kuşkan ve Menderes Samancılar gibi deneyimli oyuncularla birlikte çalıştı.
2012 yılında gençlerin bir mola yerinde yaşadığı olayları konu alan bir filmde Zehra karakterini canlandırdı. Ardından Araf filminde rol aldı ve 2013 yılında Peyami Safa’nın romanından uyarlanan Fatih Harbiye dizisinde başrolü Kadir Doğulu ile paylaştı.
2015 yılında Levent Kazak’ın senaryosunu yazdığı, Abdullah Oğuz’un yönettiği Senden Bana Kalan filminde Ekin Koç ile başrolleri paylaştı. Aynı yıl, Star TV’de yayınlanan ve Hilal Saral’ın yönettiği Kara Sevda dizisinde Burak Özçivit ile birlikte başrol oynadı; Zerrin Tekindor ve Kaan Urgancıoğlu da dizinin kadrosunda yer aldı. 2016-2019 yılları arasında Pantene markasının reklam yüzü oldu ve Madrid’de aksiyon sahnelerinin yer aldığı bir reklam filminde rol aldı.
Neslihan Atagül, 25 Kasım 2015’te uzun süredir beraber olduğu Kadir Doğulu ile nişanlandı ve daha sonra evlendi. Aynı yıl babasını kalp krizinden kaybetti. 2018 yılında Puhu TV’de yayımlanan Dip dizisinde Bilge karakterine hayat verdi ve aynı yıl Polaroid ile Bulgari’nin yüzü oldu. 2019’da Star TV’de başlayan Sefirin Kızı dizisinde Nare karakterini canlandırdı; 2021’in Ocak ayında sağlık sorunları nedeniyle diziden ayrıldı.
Neslihan Atagül, genç yaşta başladığı oyunculuk kariyerinde hem sinema hem televizyon alanında sayısız projeye imza atmış ve Türkiye’nin en sevilen oyuncularından biri olmuştur.
