Milla Jovovich passe sa jeunesse entre Londres (lieu de travail de son père) et la Russie (où habite sa mère). Elle commence à prendre des courts de comédie dès 9 ans, et débute une carrière de model à l'âge de 11 ans. En 1987, Richard Avedon en fait l'une des femmes les plus inoubliables du monde dans une campagne publicitaire pour la marque de cosmétiques Revlon. Elle a 13 ans lorsqu'elle interprète Samantha, la fillette du drame Two Moon Junction, en 1988, son premier film.

Le public la découvre véritablement dans Retour au Lagon Bleu en 1991, suite/remake du Lagon Bleu, dans lequel elle reprend le rôle tenu de Brooke Shields, en incarnant Lilli, jeune femme découvrant l'amour et la vie sur une île déserte. Elle devient par la suite Mildred Harris dans le Chaplin de Richard Attenborough (1992), Michelle Burroughs, l'une des adolescentes de la comédie estampillée 70's Génération Rebelle (1993), et surtout Leeloo, la jolie extra-terrestre du Cinquième élément de Luc Besson. Devenu son époux, le réalisateur lui confie un autre rôle récurrent dans Jeanne d'Arc.

L'actrice continue à interpréter des rôles mystérieux, tout en cotoyant de grands noms du cinéma. Chez Spike Lee, elle est une prostituée martyrisée (He Got Game), pour Wim Wenders, elle devient Eloïse, ange déchu du Down Town New Yorkais (The Million Dollar Hotel). En 2001, elle s'essaie à la comédie dans le Zoolander de Ben Stiller, avant d'aller se frotter aux morts vivants dans Resident evil et ses deux suites, Apocalypse (2004) puis Extinction (2007), tous trois adaptés du jeu vidéo à succès. Habituée aux univers inquiétants et futuristes, on la retrouve dans Ultraviolet où elle est chargée de protéger un petit garçon d'une guerre qui sévit entre humains et vampires.

Mariée à :

* Shawn Andrews (2 octobre 1992 - 25 novembre 1992), annulé
* Luc Besson (14 décembre 1997 - 12 juin 1999), divorcée
* John Frusciante (1999 - 2001), jamais mariés
* Elle et son actuel compagnon Paul W. S. Anderson sont les parents d'Ever Gabo, née le 3 novembre 2007 à Los Angeles.
* Milla a épousé son fiancé, le réalisateur Paul W. S. Anderson (qu’elle a rencontré en 2002 sur le tournage de Resident Evil), samedi 22 août 2009, lors d’une cérémonie intime à leur domicile de Beverly Hills. A propos de son mariage, Milla a fait savoir sur son Twitter : "Le mariage était super. Je suis si heureuse d’être mariée. J’ai porté la robe que j’ai conçue.