Mia Farrow, celým jménem Maria de Lourdes Villiers Farrow, se narodila 9. února 1945 v Los Angeles v Kalifornii. Pochází z rodiny s hlubokými kořeny v zábavním průmyslu. Její matka, Maureen O’Sullivan, byla irská herečka nejvíce známá rolí Jane v populární sérii filmů o Tarzanovi. Otec, John Farrow, byl australský filmový režisér, scenárista a producent, který byl oceněn Oscarem za scénář k filmu „Cesta kolem světa za 80 dní“. Mia byla třetím ze sedmi dětí. Její dětství bylo poznamenáno vážnou nemocí, když v devíti letech onemocněla dětskou obrnou, což ji na několik týdnů upoutalo na lůžko a ovlivnilo její pohled na život. Rodina se často stěhovala, žili v Kalifornii, Anglii a Španělsku, což Mii poskytlo mezinárodní výchovu. V raném věku se věnovala modelingu a brzy projevila zájem o herectví.
Její profesionální herecká kariéra začala v roce 1964, kdy se objevila v malé roli ve filmu „Guns at Batasi“. Skutečný průlom však přišel s televizním seriálem „Peyton Place“, kde od roku 1964 do 1966 ztvárnila postavu Allison MacKenzie. Tato role z ní udělala celonárodně známou tvář a idol mladé generace. V roce 1966 se Mia Farrow dostala do centra pozornosti médií po celém světě, když se ve věku 21 let provdala za o 30 let staršího zpěváka a herce Franka Sinatru. Jejich manželství bylo ostře sledováno bulvárem a veřejností. Sinatra ji údajně přesvědčil, aby opustila „Peyton Place“ a soustředila se na filmovou kariéru. Manželství s ním trvalo pouhé dva roky a skončilo rozvodem v roce 1968, ale Mia se během něj seznámila s mnoha vlivnými osobnostmi showbyznysu a získala cenné zkušenosti.
Rok 1968 byl pro Miu Farrow přelomový i po profesní stránce. Získala hlavní roli ve dnes již klasickém hororu „Rosemary’s Baby“ režiséra Romana Polanského. Její ztvárnění mladé, zranitelné ženy Rosemary Woodhouse, která se obává, že její dítě je dílem ďábla, jí přineslo mezinárodní uznání a etablovalo ji jako vážnou herečku. Film byl kriticky i komerčně úspěšný a její výkon je dodnes považován za jeden z jejích nejlepších. Po rozvodu se Sinatrou navázala vztah s dirigentem André Previnem. Vzali se v roce 1970 a jejich manželství bylo plodné. Společně měli tři biologické syny: Matthewa, Saschu a Fletchera. Kromě toho adoptovali tři dívky: Soon-Yi, Lark Song a Daisy. Objevila se také v adaptaci „Velkého Gatsbyho“ (1974) a v komedii Roberta Altmana „Svatba“ (1978).
Manželství s André Previnem skončilo v roce 1979 a Mia Farrow brzy poté navázala vztah s režisérem a hercem Woodym Allenem. Ačkoliv se nikdy nevzali, jejich vztah trval dvanáct let a byl poznamenán intenzivní osobní i profesionální spoluprací. Mia se stala múzou Woodyho Allena a objevila se ve více než desítce jeho filmů. Mezi nejznámější patří „Purpurová růže z Káhiry“ (1985), „Hana a její sestry“ (1986), za které získala nominaci na cenu BAFTA, „Dny rozhlasu“ (1987), „Zločiny a poklesky“ (1989) a „Alice“ (1990). Během jejich vztahu adoptovali dvě děti: syna Mosese Farrowa a dceru Dylan Farrow. Měli také jednoho biologického syna, Ronana Farrowa, narozeného v roce 1987. Tato éra představovala vrchol její herecké kariéry, kdy pravidelně pracovala s jedním z nejuznávanějších režisérů své doby a byla součástí umělecky oceňovaných projektů.
Vztah Mii Farrow a Woodyho Allena se dramaticky rozpadl v roce 1992, kdy Mia objevila intimní fotografie své adoptivní dcery Soon-Yi Previn (kterou Mia adoptovala s André Previnem) v držení Woodyho Allena. Soon-Yi bylo v té době 21 let a Allenovi 56. Následoval veřejný skandál a soudní spory o opatrovnictví jejich dětí. Během těchto sporů Mia Farrow obvinila Woodyho Allena ze sexuálního zneužívání jejich adoptivní dcery Dylan Farrow, které bylo v té době sedm let. Ačkoliv soudy Allena nikdy neodsoudily, obvinění zanechala hlubokou stopu na zúčastněných. Tento rozchod a jeho okolnosti znamenaly konec jejich profesionální spolupráce a výrazně ovlivnily Mii Farrow osobně i profesně. V následujících letech se objevila v několika filmech, například v komedii „Miami Rhapsody“ (1995) nebo v remaku hororu „Omen“ (2006).
Po bouřlivém rozchodu s Woodym Allenem se Mia Farrow začala ve větší míře věnovat humanitární činnosti. Stala se velvyslankyní dobré vůle organizace UNICEF a soustředila se na obhajobu lidských práv, zejména v Africe. Její práce ji zavedla do konfliktních zón, jako jsou Darfur v Súdánu, Čad a Středoafrická republika, kde dokumentovala utrpení civilistů a upozorňovala na humanitární krize. Její nasazení v této oblasti bylo značné, podnikala riskantní cesty a setkávala se s oběťmi násilí. Časopis Time ji v roce 2008 zařadil mezi sto nejvlivnějších osobností světa za její práci v oblasti lidských práv. Kromě aktivismu se občas objevila i před kamerou, například v animovaných filmech Luca Bessona „Arthur a Minimojové“ (2006, 2009, 2010), kde propůjčila hlas postavě princezny Selenie, nebo v nezávislých dramatech. Její syn Ronan Farrow se stal uznávaným novinářem a aktivistou, který získal Pulitzerovu cenu za svou práci odhalující sexuální obtěžování v Hollywoodu.