Nathan Willems passe son enfance en Belgique avec ses deux parents. Il commence le théâtre à l’âge de 8 ans dans son école primaire avec son professeur Jean-Michel Lawarée.À l’âge de 13 ans, le jeune comédien commence sa carrière dans le doublage à Bruxelles : il prête sa voix pour les personnages de Pipou dans le dessin-animé T.O.T.S sur Disney Junior, Hector Étoile dans les Pyjamasques, Vic dans Vic le Viking de Éric Cazès ou encore Kid Loki dans la série Loki sur Disney+.En juin 2021, il obtient son baccalauréat avec une spécialisation en sciences économiques à l’Institut Sainte-Marie de Huy. C’est en septembre 2021 que Nathan quitte la Belgique pour Paris afin d’entrer en première année au Cours Florent.