Η Μίλα Γιόβοβιτς γεννήθηκε το 1975 στο Κίεβο, στην Πρώην Σοβιετική Ένωση, είναι κόρη του Μπογκντάν Γίοβοβιτς, Σέρβος παιδίατρος και της Γκαλίνα Γιόβοβιτς (το γένος Λογκίνοβα), Ρωσίδα ηθοποιός. Η Μίλα είναι Ορθόδοξη Χριστιανή της ρωσικής εκκλησίας. Προσδιορίζει τον εαυτό της ως Ρωσίδα και του Μαυροβουνίου, καθώς και Ουκρανή.

Το πατρικό σπίτι της Μίλα βρίσκεται Ζλοπέκ κοντά στην Πέγια. Ο μεγαλύτερος παππούς της, Μπογκντάν, σύζυγος του Μίλιτσα (μετά ονομάστηκε και η ίδια η Μίλα). Ο πατρικός παππούς της Μπογκντάν Γιόβοβιτς ήταν διοικητής στη στρατιωτική περιοχή Πρίστινα. Ερευνησε τα οικονομικά στα Σκόπια και το Σεράγεβο, όπου αποκάλυψε την τεράστια ποσότητα χρυσού από τον στρατό. Τιμωρήθηκε για την άρνηση να πιστοποιήσει ενάντια σε ένα φίλο του, χρεώνοντας του στο έγκλημα. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα η κυβέρνηση να φυλακίσει σύντομα τον Γιόβοβιτς στο Γκόλι Ότοκ. Φοβούμενος και πάλι για τη σύλληψη, δραπέτευσε στην Αλβανία και αργότερα μετακόμισε στο Κίεβο. (Μια διαφορετική εκδοχή της ιστορίας υποστηρίζει ότι ήταν αυτός που πήρε το χρυσό.) Ο πατέρας της Μίλα, ο Μπογκντάν και η αδελφή του, συνάντησαν αργότερα τον πατέρας τους Μπογκντάν στο Κίεβο, όπου και τα δύο αδέλφια αποφοίτησαν στην ιατρική. Η μητέρα της Γκαλίνα Λογκίνοβα γεννήθηκε στην Τουαπσέ (τώρα στη Ρωσία), αλλά μετακόμισε με την οικογένειά της σε παιδική ηλικία στο Ντνιπροπετρόφσκ (τώρα στην Ουκρανία). Η μητέρα της έχει πρωταγωνιστήσει σε πολλές ταινίες, συμπεριλαμβανομένης της ταινίας "Τυχερός μπελάς" (ρωσικά: Выкрутасы), μια ρωσική ρομαντική κωμωδία που κυκλοφόρησε το 2011, με πρωταγωνιστή κόρη της και ηθοποιός Μίλα Γιόβοβιτς, τον Κονσταντίν Χαμπένσκι και τον Ιβάν Ούργκαντ.

Το 1980, όταν η Μίλα ήταν πέντε ετών, η οικογένειά της αποχώρησε από τη Σοβιετική Ένωση για πολιτικούς λόγους και μετακόμισε στο Λονδίνο. Στη συνέχεια μετανάστευσαν στο Σακραμέντο, στην Καλιφόρνια, και εγκαταστάθηκαν στο Λος Άντζελες επτά μήνες αργότερα. Οι γονείς της Μίλα χώρισαν αμέσως μετά την άφιξή τους στο Λος Άντζελες.

Το 1988, ο πατέρας της είχε μια σχέση με μία γυναίκα από την Αργεντινή, και είχαν ένα γιο, τον Μάρκο Γιόβοβιτς. Λόγω το διαζύγιο των γονιών, η Μίλα είδε πολύ λίγο τον αδερφό της.

Στο Λος Άντζελες, η Γκαλίνα Γιόβοβιτς προσπάθησε να υποστηρίξει τον εαυτό της και η Μίλα έψαχνε θέσεις εργασίας, αλλά βρήκε λίγες ευκαιρίες, λόγω των γλωσσικών φραγμών, και τελικά κατέληξε να δουλεύει ως καθαρίστρια σε σπίτια, ώστε να μαζέψει χρήματα για εκείνη και τη μητέρα της. Και οι δύο γονείς δούλεψαν ως μάγειρες και οικονόμοους για τον σκηνοθέτη Μπράιαν Ντε Πάλμα. Ο πατέρας της Μίλα είχε καταδικαστεί και φυλακιστεί για τη συμμετοχή του σε μια παράνομη πράξη σχετικά με την ιατρική ασφάλεια. Του δόθηκε μια 20-ετή ποινή το 1994, αλλά απελευθερώθηκε το 1999 μετά από εξυπηρέτηση 5 ετών. Σύμφωνα με την Μίλα, "Η φυλακή ήταν καλή για εκείνον. Έχει γίνει ένας πολύ καλύτερος άνθρωπος. Του έδωσε την ευκαιρία να σταματήσει και να σκεφτεί."