פרופסור מן המניין ולשעבר ראש מכון סאקר למחקרי משפט בפקולטה למשפטים באוניברסיטה העברית בירושלים. מופקד הקתדרה ע''ש גרינבלט למשפט ציבורי ובינלאומי. פירסם כ-20 ספרי משפט ועשרות מאמרים בנושאי משפט, הן בארץ והן בחו''ל. נשיא הארגון הבינ"ל לעצמאות שיפוטית ושלום עולמי שהיה מועמד לפרס נובל לשלום לשנת 2013 ובמסגרת זו עומד בראש פרויקט בינלאומי לאמות מידה לעצמאות שיפוטית. כיהן כפרופ' אורח באוניברסיטאות חשובות בעולם ובכלל זה באוניברסיטת קיימברידג'', ציריך, וניו יורק NYU. קיבל את פרס המשפטנים הבינלאומי 2010 בניו דלהי (ביחד עם ראש בתי המשפט באנגליה Lord Judge).
כיהן כחבר כנסת וכיהן כחבר ועדת הכספים, יו''ר ועדת המשנה לביטוח, חבר ועדת החוקה, וחבר הועדה לבקורת המדינה (1988-1992).
כיהן כחבר ממשלה בראשות יצחק רבין ז''ל ושמעון פרס יבדל''א. כיהן כשר המדע, שר הכלכלה, שר הדתות, וכן כשר הממונה על הערוץ השני (1992-1996).כיהן כיו''ר ועדת שרים לתיאום ומינהל וחבר ועדת השרים לכלכלה וועדת השרים לחקיקה.
כיהן כממלא מקום ראש עיריית ירושלים (בתקופת כהונתו של ראש העיר אהוד אולמרט) (1999-2003).
מכהן כיו''ר המועצה לחקיקה, רישוי והסמכה של לשכת המבקרים הפנימיים. בתחום העסקי כיהן בתפקידים בכירים ובין השאר היה חבר דירקטוריון בנק לאומי, יו''ר דירקטוריון רשת בתי האבות 'משען', חבר דירקטוריון ועדת ההשקעות של 'קרן פלס של גמולות' מקבוצת בנק הפועלים, חבר דירקטוריון 'הכשרה ביטוח' מקבוצת אלעזרא וחבר ועדת השקעות ועדת מאזן ויו''ר ועדת ביקורת, וחבר דירקטוריון אוצר התיישבות היהודים וחבר ועדת מאזן. בעבר הקים עם אחרים פרויקט בנייה של כ-150 יחידות דיור בצור הדסה שבאיזור ירושלים, כיהן כחבר הועד המנהל במספר גופים ציבוריים גדולים, ועסק בייעוץ אסטרטגי לחברות עסקיות בארץ ובחו''ל.
בנוסף לפעילות אקדמית בהוראה ומחקר מילא תפקידים רבים בניהול אקדמי באוניברסיטה העברית, ובין השאר יו''ר ארגון המרצים, חבר סינט האוניברסיטה, הממונה על המשמעת באוניברסיטה העברית, חבר בית הדין המשמעתי של הסגל האקדמי וחבר בית הדין לערעורים של התלמידים, ראש מכון סאקר למחקרי משפט, יו''ר ועדת המחקר, יו''ר הועדה לקליניקות משפטיות ויו''ר הועדה ללימודים מתקדמים בפקולטה למשפטים.
עסק מעת לעת בגיוס תרומות לאוניברסיטה העברית כולל תגבור התרומות ממשפחת סאקר למכון סאקר כשעמד בראש מכון סאקר, ולאחר מכן עידוד תורמים להרחיב תרומותיהם (כגון איזי אספר ז''ל מקנדה, להקים קתדרה ליזמות במנהל עסקים באמצעות קרן אספר, קידום הקמת הקתדרה ע''ש וינברג בכלכלה, ותוכניות אחדות בתמיכת עו''ד דניאל יעקבזון). עסק גם בגיוס תמיכות לפרויקטים אחרים כגון פרויקט תרבות השלום ופרויקט העצמאות השיפוטית המתקיימים זה שנים רבות
רשם לזכותו יוזמות ציבוריות וחברתיות לשיתוף עסקים וקהילה, כולל הקמת המפעל לפיתוח חברתי ומחשב לכל ילד שעד כה חילק 55,000 מחשבים. בנוסף, הרחיב את פעילות הקליניקות המשפטיות בפקולטה למשפטים המסייעות לאזרחים בייעוץ ובטיפול משפטי על בסיס התנדבותי (כיום פועלות במרכז הקליני 7 קליניקות ובעבר פעלו 11).
התקבל ללשכת עורכי הדין בשנת 1969 לאחר שהתמחה בלשכתו של של שופט בית המשפט העליון ד''ר אלפרד ויתקון ובמשרד עורכי הדין גדעון האוזנר.
בוגר ומוסמך למשפטים באוניברסיטה העברית (בהצטיינות יתרה) וכן מוסמך וד"ר למשפט השוואתי
באוניברסיטת שיקאגו, ארצות הברית.
במקביל לעבודתו האקדמית עסק בפעילות ייעוץ משפטי ובהופעה בבתי משפט. עסק במשפטים ובייעוץ לפרויקטים כלכליים. בין השאר,הכין חוות דעת משפטיות לתאגידים כגון עמידר וקופת חולים מאוחדת ,וכן לקח חלק גם בייצוג תיקים משמעותיים: בג''צ ויקי שירן, בג''צ תנועת האהלים,בג''צ גליקסמן, בג"צ אתר דודאים, בג''צ נקש, וכן בתובענה ייצוגית נגד מפעלי חברה וכלכלה.
במסגרת תפקידו כנשיא הארגון הבינ"ל לעצמאות שיפוטית ושלום עולמי הממומן ע"י האוניברסיטה העברית ואוניברסיטת קיימברידג', ארגן 10 כנסים לאורך השנים 2007-2013: כנס באוניברסיטה העברית בירושלים (2007); כנס ואדוז (2007); כנס באוניברסיטה העברית בירושלים (2008); כנס באוניברסיטת Jagelonian בקרקוב (2008); כנס באוניברסיטת קיימברידג' (2009); כנס באוניברסיטת יוטה (2010); כנס באוניברסיטת וינה (2011); כנס באוניברסיטת הונג קונג (2012); כנס באוניברסיטת Ghent (2012); כנס בסן דייגו (2013); וכנס במוסקבה (2014).
יו''ר פרויקט בינלאומי לתרבות השלום, יו''ר ארגון דתות למען השלום,יו''ר המועצה הארצית לפיתוח חברתי, חבר הנהלה ומייסד של פרויקט מחשב לכל ילד, חבר המועצה הציבורית של HEBREW UNION COLLEGE בירושלים, חבר בחבר הנאמנים של המכון הטכנולוגי חולון והמכללה להנדסה בירושלים.
נתנאל עוסק גם בייצוג חברות יזמיות וקבלניות בתחום המקרקעין, ובליווי שוטף לחברות ועסקים.
נתנאל בעל ניסיון רב בליטיגציה מסחרית ומנהלית (בג"ץ ועתירות מנהליות) מגוונת בכל הערכאות, וכן בייצוג בבוררויות ובסכסוכים מסחריים שונים לרבות בתחום הרשויות המקומיות, חברות, שותפויות וכיו"ב.
נתנאל מתנדב במסגרת פרויקט שכר מצווה – סיוע משפטי בהתנדבות (פרו בונו), במסגרת הפרויקט ייעץ משפטית, ייצג וליווה מעוטי אמצעיםבמרכזי הזכויות ובאופן פרטי.