Rođena je u Kijevu 1975. godine kao Milica Bogdanovna Jovović u obitelji srpskog liječnika Bogdana Jovovića i ruske kazališne glumice Galine Loginove.

Naime, njezina obitelj s očeve strane je podrijeklom iz Crne Gore, a njezin djed Bogdan Jovanović je radio i kao vojni financijski inspektor u vojnim oblastima Skoplja i Sarajeva.

Jednom je prilikom na svom Instagram profilu podijelila objavu o svojim precima i otkrila kako se njezin djed borio u redovima partizana: "Dana 8. i 9. svibnja obilježava se kraj Drugog svjetskog rata i za savezničku i za rusku vojsku. U mojoj je obitelji bilo mnogo boraca i vojnika koji su se borili u tom ratu. Ovo je fotografija moje bake, Tatjane Popovy, koja je bila medicinska sestra na prvoj liniji kada je imala samo 16 godina. Do 18. rođendana marširala je kroz strahote sve do Berlina. Ovo su njezine medalje i dokumenti koje je mama spasila na fotografijama. Njezin suprug, moj djed po majčinoj strani, Alexander Loginov, isto se borio tijekom cijelog rata. I moj djed po ocu, Bogdan Jovovich, borio se u redovima jugoslavenskih partizana. Moglo bi se reći da potječem iz obitelji boraca, vojnika i revolucionara i jako se ponosim svojim nasljeđem i nevjerojatnim ljudima od kojih potječem. Kada stvari postanu teške, ja se sjetim svoje bake i svega onoga što je prošla kao dijete, i onda ništa više ne izgleda tako teško. Danas želim odati počast svim hrabrim ljudima koje su se borili da ovaj svijet učine boljim mjestom za život. Trebalo bi nam više takvih ljudi i danas".

Sa samo 11 godina zapazio ju je fotograf Richard Avedon. Svoju prvu naslovnicu dobila je 1987. u talijanskom časopisu Lei, a godinu kasnije potpisala je prvi profesionalni ugovor.

Najpoznatija je po ulozi Lilli Hargrave u filmu "Povratak u plavu lagunu" iz 1991. godine.

Za ulogu Lilli Hargrave bila je nominirana za najbolju mladu glumicu na Young Artist Awards.

Pojavila se u kampanjama renomiranih brendova kao što su Banana Republic, Christian Dior, Versace i L'Oreal.

Iako je najviše poznata kao glumica, Jovovich se okušala i u pjevanju. Godine 1994. izdala je svoj prvi album, ali je vrlo brzo shvatila da je filmska industrija ona u kojoj se želi razvijati.

U filmu “Hellboy” Jovovich je utjelovila pojavu i glas Krvave Kraljice. Film je treća ekranizacija i prvi reboot baziran na istoimenom stripu.

Bila je na 82. mjestu ljestvice najseksepilnijih žena 2005. godine.

Godine 2009. bila je na listi 20 najljepših ljudi desetljeća.

Millin brat bio je veliki fan igrica, zbog čega je ona i prihvatila ulogu u filmu "Pritajeno zlo", u kojem glumi Alice, djevojku s amnezijom. Zanimljivo je kako je redatelj i producent Anderson u početku želio da film bude alegorija na "Alisu u zemlji čudesa", no od te ideje se vrlo brzo odustalo. Međutim, unatoč odustajanju od prethodno spomenute ideje, film posjeduje razne aluzije na prethodno spomenuto djelo.

Svjetsku slavu postigla je ulogom savršenog bića, Leeloo, u SF filmu Luca Bessona "Peti element". Jezik kojim govori Leeloo izmislio je Luc Besson, a usavršila ga je upravo Milla Jovovich. Do kraja snimanja filma toliko su razvili taj jezik da su bili u mogućnosti voditi razgovor na njemu.

Klaustrofobična je i plaši se igala.

Danas je Milla u braku s filmskim scenaristom i redateljem Paulom W. S. Andersonom, s kojim se vjenčala 2009. Par se upoznao radeći na filmu 'Pritajeno zlo' iz 2002. godine, koji je Anderson napisao i režirao, a u kojem je Jovovich glumila.

U studenome 2007. Milla je rodila njihovo prvo dijete, kćer Ever Gabo. Njihova druga kći Dashiel Edan, rođena je u travnju 2015., a početkom veljače dobili su treću kćer Osian Lark Elliot.

Prije veze s Andersonom, Jovovich je bila u braku sa Shawnom Andrewsom. Imala je tada svega 16 godina, a presudila im je njezina majka koja je poništila brak dva mjeseca kasnije. U Las Vegasu se udala za redatelja "Petog elementa" Luca Bessona 1997. godine, a par se razveo dvije godine poslije.

Govori srpski, ruski, francuski i engleski jezik.

Ljevoruka je, ali gitaru svira desnom rukom.