Farrow var gift med André Previn 1970–1979.[3] Tillsammans med Previn fick hon tre biologiska barn och adopterade även tre barn. Hon levde tillsammans med Woody Allen 1981–1992 och hade roller i flera av hans filmer, till exempel Hannah och hennes systrar (1986).[3] Farrows förhållande med Allen tog slut efter att hon fått reda på att han hade ett förhållande med hennes adoptivdotter, Soon-Yi Previn. Allen är sedan 1997 gift med Soon-Yi Previn. Mia Farrow och Woody Allen adopterade också två barn och fick ett biologiskt.[2] Sammanlagt har Farrow 14 barn, varav 11 är i livet. Tio av barnen är adopterade.[2]
Sedan år 2000 har Mia Farrow fokuserat på aktivism och är engagerad i samhällsfrågor bland annat som Unicef-ambassadör.[2]