Avant de commencer sa carrière d'actrice, Vera Miles devient Miss Kansas en 1948. Cette renommée locale lui permet d'obtenir de petits rôles à Hollywood, au cinéma comme à la télévision. Alfred Hitchcock lui fait signer un contrat et lui propose le premier rôle féminin du Faux coupable (1957) face à Henry Fonda. Et si elle décline le rôle principal de Sueurs froides (1958) pour cause de grossesse, elle apparaîtra dans un second rôle dans Psychose (1960).
D'autres cinéastes lui font confiance, de Henry Hathaway (À vingt-trois pas du mystère) à Robert Aldrich (Feuilles d'automne) en passant par Mervyn LeRoy (La police fédérale enquête). Surtout, John Ford la choisit pour deux de ses chefs d'oeuvre : La Prisonnière du désert et L'Homme qui tua Liberty Valance.
En parallèle, elle tourne beaucoup de séries des années 60, dont La quatrième dimension, Rawhide, Le fugitif, Des agents très spéciaux ou La grande caravane. Mais en 1968, John Wayne l'engage à nouveau au cinéma pour jouer sa femme dans le film de guerre Les Bérêts verts, mais ses scènes seront coupées pour réduire la durée du film. Wayne cherche à compenser financièrement Vera Miles du désagrément (10 000 dollars, une nouvelle voiture) mais elle refuse fermement. En conséquence, l'acteur lui confie un rôle dans son film suivant, Les feux de l'enfer.
Vera Miles continue ensuite de travailler à la télévision de 1970 à 1991 dans des séries comme Gunsmoke, L'homme de fer, Les rues de San Francisco, La croisière s'amuse ou L'Île fantastique. En 1995, elle tourne son dernier long métrage, Separate Lives, avec Jim Belushi et Linda Hamilton, puis met fin à sa carrière.
Auteur : Corentin Palanchini