Maria de Lourdes Villiers Farrow est née à Los Angeles,
Mia Farrow est la fille du réalisateur John Farrow et de l'actrice Maureen O'Sullivan (la compagne de Tarzan). Elle débute au cinéma en 1959 dans de petits rôles, avant de se faire remarquer en 1968 dans le film
Rosemary’s Baby sous la direction de Roman Polanski. Elle fait ses classes à la télévision et au théâtre et fut mariée à Frank Sinatra entre 1966 et 1968.
En 1982, la carrière de
Mia Farrow marque un tournant lorsqu'elle devient la muse de Woody Allen après son rôle dans
Comédie Érotique D'Une Nuit D'Été. Ensemble, Ils ont trois enfants, Moses Farrow (adopté), Dylan Farrow (adopté) et Satchel Farrow (fils biologique). Ils se séparent en 1992 quand elle découvre que celui-ci entretient une liaison avec Soon-Yi Previn, la fille adoptive de
Mia Farrow, qu'il épouse en 1997.
En 2006, elle interprète la grand-mère d’Arthur dans
Arthur Et Les Minimoys de Luc Besson, elle joue également dans
666 - La Malédiction de John Moore.
En 2008, on la retrouve à l'affiche de
Soyez Sympas, Rembobinez de Michel Gondry où elle interprète Miss Falewicz. L'année suivante,
Mia Farrow retrouve son personnage de la grand-mère d'Arthur dans le film de Luc Besson
Arthur Et La Vengeance De Maltazard.