Die 1946 geborene Tochter der Schauspielerin Maureen O'Sullivan und des Regisseurs John Farrow erlebte ihre größte Zeit in den Jahren 1981-1992, als sie Hauptrollen in zwölf Filmen ihres Exgatten Woody Allen spielte, dessen Kamera die zerbrechlich und kindfraulich wirkende Rothaarige graziös erscheinen ließ. Farrows Stärken sind einerseits die zarten Pflanzen, andererseits die Intelligenten, die ihre Stärke hinter sensibler Fassade verbergen, was in Allens Meisterwerk "Hannah und ihre Schwestern" kulminiert, wo Farrow als Hannah einen großbürgerlichen New Yorker Familienclan regiert. 1992 wurden ihre Scheidung von Allen und die "schmutzige Wäsche" des Paares ein monatelanges Medienereignis.
Mia Farrow, als Maria de Lourdes Villiers Farrow 1946 geboren, war für skandalträchtige Ehen bekannt, hatte mit 18 Frank Sinatra geheiratet und war von 1970-1979 mit dem Dirigenten und Komponisten André Previn liiert, von dem sie Zwillinge hat. Farrows Wunsch nach immer mehr Kindern führte zu zahlreichen Adoptionen, sodass sie Mutter von 14 Kindern wurde. Adoptivtochter Tam starb 2000 mit 19 Jahren an Herzschwäche. Adoptivtochter Soon-Yi Previn, deren Beziehung zu Woody Allen zum Bruch des Paares führte, ist seit 1997 dessen Ehefrau. Für Farrows Schwester Prudence komponierte John Lennon den Song "Dear Prudence" (auf dem "White Album" der Beatles).
Mia Farrow wurde weltberühmt in Roman Polanskis Horrordrama "Rosemaries Baby" (1968), in dem sie das Kind des Teufels austrägt. Für den Film sang sie (ohne in den Credits zu erscheinen) das Wiegenlied, das es in die Charts schaffte. 1981 war Farrow wieder als Sängerin tätig: für den Soundtrack des Zeichentrickfilms "Das letzte Einhorn". Farrow spielte in der F.-Scott-Fitzgerald-Verfilmung "Der große Gatsby" (1974) Robert Redfords idealisierte Geliebte und im Katastrophenfilm "Hurricane" die Geliebte eines Südsee-Insulaners. Nach den Woody-Allen-Filmen war Farrow in den 90er-Jahren neben Antonio Banderas im flotten Beziehungsreigen "Miami Rhapsody" und als Anführerin der giftigen Witwen in der schwarzen Komödie "Die Witwen von Widow's Peak" zu sehen. Ein Besetzungscoup gelang den Machern von "Das Omen 666", als sie Farrow 2006 in der Rolle der Damien, Sohn der Satan dienenden mörderischen Haushälterin besetzten. Als Großmutter von König Arthur ist Mia Farrow im Fantasy- Epos "Arthur und die Minimoys" (2007) zu sehen.
Für das Fernsehen stand Farrow in 514 Folgen der Serie "Peyton Place" (1964-1968) vor der Kamera.
Farrows Autobiografie "Dauer hat, was vergeht" erschien 1997.
Mia Farrow lebt mit ihren Kindern in einem Apartmenthaus in Manhattan gegenüber dem berühmten Dakota Building, Schauplatz von "Rosemaries Baby" und das Haus, vor dem 1980 ihr Freund John Lennon erschossen wurde.