Vera Farmiga est née le 6 août 1973 à Passaic County, aux Etats-Unis.
Elle débute au cinéma dans Loin du paradis de Joseph Ruben, Les opportunistes de Myles Connell, Un automne à New York de Joan Chen. En 2001, elle joue dans 15 minutes de John Herzfeld, puis l'année suivante dans Love in the time of money de Peter Mattei et DUMMY de Greg Pitikin. En 2004, son interprétation d'une mère toxicomane dans Down to the bone de Debra Garnik la révèle au public et du milieu professionnel. On la retrouve dans Un crime dans la tête de Jonathan Demme, The hard easy d'Ari Ryan, et Neverwas de Joshua Michael Stern. On l'a vu également dans Never forever de Gina Kim, présenté au Festival du Film de Sundance 2007 et Prix du Jury au Festival de Deauville 2007.
Elle a par ailleurs été l'héroïne de la série télévisée Les forces du mal, produite par Bruce Willis et Arnold Rifkin, et réalisée par Allen Hughes. Elle a joué également dans la minisérie Iron Jawed Angels , avec Hilary Swank, Anjelica Huston, Frances O'Connor et Molly Parker, et dans l'adaptation télévisée par Caroline Thompson de Blanche Neige. Elle a été l'interprète de la série d'action Undercover et de New York District.
Elle s'est également produite au théâtre dans Under the Blue Sky au Williamstown Theatre Festival, aux côtés d'Annabella Sciorra et Marsha Mason.
En 2006 elle est à l'affiche du film de Wayne Kramer, La peur au ventre, puis du film Les infiltrés de Martin Scorsese, aux côtés de Leonardo Di Caprio et Matt Damon. En 2007, elle apparaît au générique de Par effraction de Anthony Minghella. En 2008, elle joue l'un des rôles principaux dans le thriller psychologique Joshua, avant de donner la réplique, début 2010, à George Clooney dans la comédie de Jason Reitman, In the air.