Милица Йовович родилась 17 декабря 1975 года в Киеве. Отец — Богдан Йовович, врач, серб по национальности родом из Черногории; мать — Галина Логинова, русская по национальности, советская актриса. В 1980 году семья переехала в Лондон, потом в Сакраменто, США, а затем в Лос-Анджелес.
В модельном бизнесе с 11 лет, впервые появилась на обложке итальянского журнала «Lei». Позднее известный американский фотограф Ричард Аведон предложил ей фотосессию для журнала «Mademoiselle». Когда редактор журнала узнал возраст модели, он поспешил снять фотографию Йовович. Только после предупреждения со стороны Аведона фотографии были восстановлены. В этот год Милла появилась на обложках 15 журналов.
В кино впервые снялась в 13 лет в фильме Залмана Кинга «Слияние двух лун» (1988). В 1994 году Йовович выпускает свой первый музыкальный альбом «The Divine Comedy» («Божественная комедия»). Йовович отправляется со своей группой «Plastic Has Memory» в гастроли по Европе и США.
В 1996 году она возвращается в кино, участвуя в кастинге на роль в фильме режиссёра Люка Бессона. На пробы «Пятого элемента» Милла пришла с вызывающим макияжем — и ей отказали. Но потом Люк Бессон случайно увидел её без косметики в одном из отелей Лос-Анджелеса и предложил пройти кастинг повторно. В конце года она выходит замуж за Бессона. В 1999 году играла роль Жанны Д`Арк в одноимённом фильме Бессона и в этом же году развелась с ним.
В 2000 году на открытии Берлинского кинофестиваля состоялась премьера фильма с участием Йовович и Мела Гибсона — картины Вима Вендерса «Отель „Миллион долларов“» по сценарию солиста группы U2 — Боно. Картина получила приз фестиваля — «Серебряного медведя».
3 ноября 2007 года Милла Йовович стала мамой – в медицинском центре Cedars-Sinai в Лос-Анджелесе актриса родила дочь. Малышку назвали Эве Габо. Это первый ребенок актрисы и ее гражданского супруга, режиссёра Пола Андерсона.
