Милен родилась в Канаде и первые годы своей жизни провела в небольшой деревне Пьерфон в окрестностях Монреаля. Её родители — французы: отец, Макс Готье, был инженером и работал на строительстве Маникаганской плотины, мать, Маргёрит Мартэн, занималась домашним хозяйством. В семье Милен была третьим ребёнком из четырёх — у неё была старшая сестра Брижитт и брат Жан-Лу, после Милен в семье Готье родился четвёртый ребёнок, которого назвали Мишель.

В начале 70-х годов у отца Милен закончился контракт в Канаде, и вся семья вернулась во Францию и поселилась в городке Вилль-д’Аврэ (фр. Ville-d'Avray). По словам Милен, приведённым в её биографии, она непросто пережила такую смену обстановки и почти не общалась с ровесницами. Единственными её компаньонами в то время стали компании мальчишек, на которых она стремилась быть похожей, и дети-инвалиды, которых она навещала в больнице Гарш (фр. l’Hôpital de Garches).

Закончить среднее образование и получить степень бакалавра у Милен не получилось — она бросила учёбу и ушла из лицея уже будучи в выпускном классе. В 1979 году она уезжает в Париж. Там она и решает стать актрисой. Однако ни в театре, ни в кино ролей она не получила, самое большее, что ей удалось — сняться в нескольких рекламных роликах таких компаний, как Ikea и Fiskars. В этот период она познакомилась с режиссёром Лораном Бутонна, автором её дебютного сингла «Maman a tort» («Мама не права»), ставшим самым продаваемым французским диском в 1984 году. В 1986 году вышел первый альбом певицы — «Cendres de Lune». Mylene Farmer — значилось на обложке альбома. Псевдоним Фармер был взят в честь Фрэнсис Фармер — любимой актрисы Милен, что касается имени, то Милен решила его не менять. Композиция «Libertine» с этого альбома, на которую был снят одиннадцатиминутный видеоклип, стала хитом.

В 1988 году она выпустила альбом «Ainsi soit je…» и получила за него «Артист Года» во Франции, а в следующем году в течение одного тура Милен провела семь концертов на стадионе в Париже, все билеты на которые были распроданы. Немалую роль в карьере певицы сыграли видеоклипы, снятые на её песни композитором и режиссёром-постановщиком Лораном Бутонна. После выхода альбома «L'Autre...» (1991) Милен снимается в фильме Giorgino, который выходит в 1994. И только в 1995 году выходит её новый альбом — «Anamorphosée».

После турне 1996 года и выпуска видеоверсии концерта — «Live à Bercy» — наступило затишье, и только в апреле 1999 года Милен Фармер представила слушателям свой новый альбом «Innamoramento». 21 сентября 1999 года началось новое турне Милен — «Mylenium Tour», которое было сделано с большим размахом и пользовалось успехом. Mylenium tour признан как самый лучший концерт-спектакль за последние 30 лет на мировой Pop-сцене. В рамках турне Милен Фармер посетила Россию с концертами в Москве и Санкт-Петербурге 4—8 марта 2000 года.

Апрель 2005 года подарил миру эстрадной музыки новый альбом Милен «Avant que l’ombre…». Чуть позже на песню со скандальным названием «Fuck Them All» на экраны вышел видеоклип (режиссёр Агустин Вильяронга).

Милен Фармер — одна из самых популярных и известных европейских певиц в мире. Она добилась мировой популярности, не исполняя песен на английском языке. Её концерты — одни из самых ярких и сложных по технике и декорациям. Затраты на создание ряда концертов-шоу Милен Фармер превышают 30 миллионов евро (шоу в Берси/Bercy, в 2006 году стоило 38 млн евро). Фармер — автор стихов к почти всем своим песням, а к нескольким — и музыки.

В августе 2008 года вышел следующий, седьмой по счету студийный альбом Милен Фармер «Point de suture».

В марте 2008 года были объявлены концерты на 11 и 12 сентября 2009 года на парижском стадионе Stade de France. 28 марта 2008 года, в первый день продаж билетов, за 2 часа были проданы все 160 000 билетов. Это рекорд в мире музыки. Также были объявлены концерты в Женеве (Швейцария) на стадионе Stade de Geneve, 120 000 билетов были распроданы за 2 часа. Это рекорд для Швейцарии. В интервью французскому журналу «Tetu» она объявила, что планирует дать концерты в России. Концерты прошли в Санкт-Петербурге (28 июня 2009 года в СКК «Петербургский») и в Москве (1 июля в СК «Олимпийский»).

Милен Фармер пользуется популярностью в России с 1989 года. Самые крупные фан-клубы — итальянский, немецкий, французский, российский, бельгийский, канадский, швейцарский. Существует также неформальное сообщество «Mylenium».