Tam adı Mira Katherine Sorvino,1967 yılında dünyaya geldi. Amerikalı tecrübeli sinema oyuncusu Paul Sorvino babası üç çocuğunun da genç yaşlarda oyuncu olmasını istemedi. Sorvino yine de çocukluk arkadaşı Hope Davis ile birlikte, oyun yazmaya ve oynamaya devam etti. Lisede ve Harvard Üniversitesi'nde tiyatro faaliyetlerinde bulunan Mira, Harvard Üniversitesi'nde Magna Cum Laude (akademik derece) doğu asya çalışmaları eğitimi aldı.
Üniversiteden mezun olduktan sonra, üç yılını New York'ta sinema oyuncusu olarak isim yapmak için geçirdi. Yapım asistanı olarak bir film şirketinde çalıştı. 1993 yılında Amongst Friends adlı filmin yapım aşamasında, 3. asistan yönetmen olarak kiralandı fakat cast yönetmeni ve yapımcı asistanlığına terfi etti, ve en sonunda da filmde rol aldı.
Cırtlak sesli bir fahişeyi canlandırdığı Woody Allen'ın 1995 yapımı filmi Mighty Aphrodite'le ünlendi. Bu film ile en iyi yardımcı kadın oyuncu dalında Oscar Ödülü kazanan Sorvino'nun, ödül aldıktan sonra oynadığı Romy and Michele's High School Reunion 1997,The Replacement Killers 1998, Summer of Sam 1999, ve Val Kilmer ile birlikte oynadığı At First Sight 1999 gibi filmler box-office listelerinde liste başı oldu.
2002 yılında çevirdiği The Grey Zone ve Wise Girls oldu. Bunun yanısıra 2005 yılında oynadığı Human Trafficking adlı televizyon filmiyle,Golden Globe (Altın Küre) adaylığı kazandı.
2004'te aktör Christopher Backus ile evlendi. Çiftin Mattea, Lucia, Holden, Johnny, adında dört çocukları oldu.