Nata nel 1973 da genitori di origine ucraina, Vera Farmiga ha iniziato la sua carriera d'attrice a Broadway prima di approdare sul grande schermo nel 1998 con "Il tempo di decidere" di Joseph Ruben.
Dopo diversi ruoli minori in film noti come "15 minuti-Follia omicida a New York" e "Autumn in New York", ottiene il suo primo ruolo da protagonista nel 2004 in "Down to the Bone", pellicola indipendente a basso costo diretta da Debra Granik.
Al grande pubblico si farà notare però soltanto nel 2006 quando Martin Scorsese le offre la parte della psicologa di "The Departed" a fianco di Matt Damon e Leonardo Di Caprio.
In seguito lavora in "Joshua" di George Ratliff e ne "Il ragazzo con il pigiama a righe" di Mark Herman.
Nel 2009, oltre a "Tra le nuvole" con il quale ha ottenuto la sua prima nomination agli Oscar, era fra i protagonisti dell'horror spagnolo "Orphan" di Jaume Collet-Serra.