Vera Miles débute à Hollywood en 1950, et obtiendra des contrats avec plusieurs studios. On la voit d’abord dans des productions diverses, partenaire de Gordon Scott dans Tarzan chez les Soukoulous (1955), ou de Joel McCrea dans le western Un jeu risqué (1955) de Jacques Tourneur.
Sa rencontre avec Alfred Hitchcock est déterminante. Le cinéaste la choisit pour un épisode de la série télévisée Alfred Hitchcock présente, puis souhaite en faire la « nouvelle Grace Kelly ».
Elle devient dès lors une vedette hollywoodienne discrète et talentueuse, et trouve son meilleur rôle en jeune femme perturbée par les ennuis judiciaires de son époux (Henry Fonda) dans Le faux coupable, qu’Hitchcock réalise en 1956.
Le cinéaste souhaite la diriger dans Vertigo, mais Vera Miles, enceinte, se désiste. Il lui confiera par la suite son rôle le plus célèbre, dans Psychose (1960). Elle y interprète Lila Crane, la sœur qui mène l’enquête. On n’oubliera pas son regard et son cri quand elle fait une découverte macabre à la fin du film…
Vera Miles collabore ensuite avec John Ford, avec qui elle avait déjà tourné La prisonnière du désert (1956). Il lui confie le rôle de l’épouse de James Stewart dans L’homme qui tua Liberty Valance (1962).
Au milieu des années 60, la carrière de Vera Miles commence à décliner, et l’actrice se tourne davantage vers la télévision. Elle tourne encore une vingtaine de films mineurs, dont Psychose II (1983) de Richard Franklin, où elle reprend son personnage de Lila Crane. Elle se retire en 1995.
