Mira Nair est la cadette d’une famille de trois enfants dont le père est fonctionnaire. Elle s’intéresse d’abord au théâtre qu’elle pratique au sein d’une compagnie d’amateurs. À 19 ans, sur un coup de tête, elle quitte New Delhi pour l’Angleterre. Les horizons américains la fascinent. Elle s’inscrit à Harvard, décroche une bourse, étudie la photo et découvre le cinéma. Son diplôme en poche, elle entame une carrière de documentariste et réalise quatre documentaires dont So far from India et India Cabaret , récompensés à l’American Film Festival. En 1987, elle s’attèle à l’écriture de son premier long-métrage de fiction : Salaam Bombay !, qui dresse le portrait des enfants des rues. Il lui faudra deux ans pour tourner Salaam Bombay !. Neuf semaines de tournage seulement. Un budget d’environ un million de dollars. Mais des montagnes de problèmes techniques, de pièges, d’imprévus. Le film obtient la Caméra d’Or et le Prix du Public au Festival de Cannes 1988.

Passionnée par le mélange des cultures, Mira Nair réalisera Mississippi Masala (1991) où une jeune indienne tombe amoureuse d’un Noir incarné par Denzel Washington. Le film reçoit la même année le Prix du Public au Festival de Venise. En 1995, elle dépeint des réfugiés cubains dans The Perez Family avec Anjelica Huston et Alfred Molina dans les rôles principaux. L’année suivante, elle réalise Kama-sutra : une histoire d’amour, se déroulant dans l’Inde du XVIe siècle. La cinéaste s’offre un deuxième grand succès international en 2001 avec Le Mariage des moussons, comédie sur la classe moyenne indienne, deuxième film indien à obtenir le Lion d’Or à Venise. Mira Nair revient au documentaire en 2002 en participant au film collectif sur la tragédie du 11 septembre aux Etats-Unis (11’09’’01 september 11). En 2005, elle réalise un drame historique, Vanity fair, la foire aux vanités, qui narre l’ascension sociale d’une jeune orpheline issue d’un milieu modeste.

En 2012, elle tourne The Reluctant Fundamentalist, inédit en France.