I suoi genitori sono Michael e Luba Farmiga, due immigrati ucraini: Vera è la seconda di sette fratelli e fino all'età di sette anni non sapeva parlare inglese dato che ha vissuto in una comunità ucraina. Ha frequentato la Scuola Ucraina Cattolica di Newark e ha girato la costa orientale con un gruppo di danza folk ucraino. Vera si è diplomata alla Hunderton Central Regional High School. Fin da bambina il suo interesse era per le arti visive e così all'età di vent'anni ha iniziato a frequentare le lezioni della Syracuse University's School of Visual and Performing Arts: qui è entrata indirettamente in contatto con il mondo dello spettacolo e della recitazione.

I suoi esordi come attrice
Il suo debutto a Broadway è del 1996, quando appena ventitreenne recita nella commedia "Taking Sides". Nello stesso anno interpreta la parte di Miranda nella versione de "La Tempesta" di Shakespeare prodotta dall'American Conservatory Theater. Sempre nel 1996 ottiene la parte di Emily nel film per la televisione La piccola Rose. L'anno successivo recita in un'altra serie, Roar, una sorta di favola celtica che riscosse un discreto successo in America, in cui interpreta il personaggio di Catlin, parte per la quale impara a tirare con l'arco. In Roar ha recitato insieme a quello che sarebbe diventato suo marito, l'attore Sebastian Rochè: il loro matrimonio si concluderà nel 2005.

L'arrivo sul grande schermo
Nel 1998 debutta sul grande schermo con Il tempo di decidere per la regia di Joseph Ruben, un dramma incentrato sui temi della pena di morte e della responsabilità civile. L'anno successivo recita finalmente al fianco di una star riconosciuta e celebrata del calibro di Cristopher Walken in The Opportunists, commedia poliziesca garbata e minimalista in cui la prova Farmiga è all'altezza del resto del cast. Nei due anni successivi entra decisamente nel circuito dei film che contano: per i film di qualità bisognerà aspettare ancora un po' ma di sicuro gli incassi di Autumn in New York e 15 minuti - Follia omicida a New York renderanno il suo volto celebre e riconoscibile anche dal grande pubblico. Passa così con disinvoltura dal ruolo di Lisa Tyler in una commedia romantica la cui scena è dominata da Richard Gere e Winona Ryder, al ruolo dell'immigrata clandestina di origine cecoslovacca Daphne Handlova al fianco di Robert De Niro e Edward Burns.
La Farmiga è una donna schiva e riservata, quando non è impegnata su un set si rilassa tagliando l'erba dei campi di una fattoria nei dintorni di New York per scaricare la tensione (la stessa Farmiga ha dichiarato: "E' molto meno costoso che andare in terapia"), oppure suona il piano in completa solitudine.
Dopo un paio di apparizioni in film di secondo piano, Dust, dell'eterna promessa Milcho Manchevski e Dummy, commedia surreale diretta da Greg Pritikin si dedica soprattutto a lavori televisivi, fino a quando non la chiama Jonathan Demme per un piccolo ruolo in The Manchurian Candidate, complessa e non riuscitissima pellicola che indaga sui misteri che si celano dietro la corsa verso la Casa Bianca. Nel 2005 arriva finalmente il suo primo ruolo da protagonista: glielo offre l'esordiente Debra Granik in Down to the bone. Vera Farmiga interpreta la parte di Irene, una donna incastrata in un matrimonio da cui non riesce a liberarsi, con dei figli da crescere e una dipendenza dalla droga da tener nascosta a tutti. Sarà l'arrivo dell'inverno e del freddo a far precipitare la situazione. La prova della Farmiga è convincete e appassionata e questa volta anche la critica si accorge di lei: le viene assegnato il premio di Miglior Attrice dalla Los Angeles Film Critic Association.

L'affermazione definitiva con Scorsese
Sarà proprio grazie all'ultima interpretazione e ai riconoscimenti successivi che entrerà a far parte del cast di The Departed - Il bene e il male di Martin Scorsese. Nell'intricato meccanismo di scambi di ruoli e di identità orchestrato intorno al boss irlandese Frank Costello, la Farmiga si ritrova fra le mani la patata bollente del ruolo di una donna ufficialmente fidanzata con un poliziotto che è in realtà una spia di Costello e intimamente innamorata di uno dei più fidati 'scagnozzi' di Costello che è in realtà un poliziotto infiltrato. La sua interpretazione viene unanimemente apprezzata e, cosa ancora più importante, tutt'altro che oscurata da un cast che comprende Jack Nicholson, Leo DiCaprio, Matt Damon, Mark Wahlberg, Martin Sheen e Alec Baldwin. E scusate se è poco! Oltre che l'Oscar come miglior film, The Departed permette finalmente a Martin Scorsese di aggiudicarsi l'Oscar come miglior regista dopo più di trent'anni di capolavori.

Tra dramma e commedia
Sempre nel 2006 la Farmiga fa parte del cast di Complicità e sospetti diretta da un altro regista premio Oscar, Anthony Minghella, recentemente scomparso. Inizia poi a farsi strada in ruoli sempre più importanti, come per esempio nel thriller Joshua, dove interpreta la moglie di Sam Rockwell nonché madre di un bambino malefico e geloso della sorella neonata.
Il 2008 la vede impegnata tra i protagonisti del film drammatico Il bambino con il pigiama a righe di Mark Herman.
Nel 2009 recita nell'horror Orphan, prodotto da Leonardo Di Caprio e successivamente affianca George Clooney nella commedia Tra le nuvole di Jason Reitman, presentata con grande successo alla quarta edizione del Festival del Film di Roma e per la quale viene candidata all'Oscar come miglior attrice protagonista. Inoltre, nel 2011, è presente anche nel cast del film Source Code, diretta dal regista Duncan Jones. Il 2012 la vede come unica protagonista femminile del thriller Safe House - Nessuno è al sicuro, dove divide la scena con gli attori Denzel Washington, Ryan Reynolds e Brendan Gleeson. In seguito la vedremo nel thriller di James Wan L'evocazione - The Conjuring e nel suo sequel The Conjuring - Il caso Enfield (2016).