2000–2009 thumb|upright|Kidman podczas premiery Moulin Rouge! na 54. MFF w Cannes (2001) Wystąpiła w roli Satine, artystki kabaretowej i kurtyzany, w filmie muzycznym Baza Luhrmanna Moulin Rouge! u boku Ewana McGregora. Jego premiera odbyła się w maju 2001 na 54. MFF w Cannes. Zaśpiewała w kilku utworach muzycznych nagranych do filmu i wydanych na jego ścieżce dźwiękowej. Recenzent CNN ocenił, że była to jej najlepsza rola od czasu Za wszelką cenę (1995), dodając: „Jako Satine jest olśniewająca i oszałamiająca. Porusza się z całkowitą pewnością siebie przez cały film. Kidman wydaje się specjalizować w postaciach «królowej lodu», ale w przypadku Satine pozwala sobie na odrobinę odwilży”. Dzięki filmowi zdobyła swój drugi Złoty Glob dla najlepszej aktorki w filmie komediowym lub musicalu, ponadto otrzymała pierwszą nominację do Nagrody Akademii Filmowej (Oscara) i grupową nominację z obsadą do Nagrody Gildii Aktorów Ekranowych (SAG). Moulin Rouge!