Mireille Enos se narodila 22. září roku 1975 v Houstonu, ve státě Texas, jako čtvrté z pěti dětí ve francouzsko-americké rodině. Mireille strávila své mládí v Houstonu, kde po vzoru svých sourozenců navštěvovala střední školu herectví a výtvarných umění. Po ukončení střední školy studovala na Brigham Young University - největší náboženské univerzitě ve Spojených státech. Následně žila deset let v New Yorku, kde byla za ztvárnění role Honey v Broadwayském představení Who's Afraid of Virginie Woolf v roce 2005 nominována na cenu Tony Award for Best Performance by a Featured Actress in a Play. V roce 2008 se provdala za herce Alana Rucka (Spin City, Cougar Town, Heuréka), se kterým žije dodnes a společně vychovávají dceru Vesper Vivianne Ruck (nar. 23. září 2010).
K televizní kariéře Mireille nutno zmínit, že se mj. objevila v epizodách seriálů SEX AND THE CITY, SHARK, CSI: MIAMI, CROSSING JORDAN, LIE TO ME, v letech 2007 – 2010 ztvárnila roli dvojčat Kathy a Jodeen Marquart v sériálu z produkce HBO BIG LOVE.
Zásadní zlom v její kariéře odstartuje role charismatické, umanuté detektivky Sarah Linden v seriálu THE KILLING, kde jí skvěle sekunduje herecký partner Joel Kinnaman. Za tuto roli si Mireille vyslouží nominace na prestižní ceny Emmy, Golden Globe Awards i Critics' Choice Television Awards, ačkoli ani jednu z těchto nominací nepromění, role ji katapultuje na velké plátno v podobě vedlejší role v gangsterce GANGSTER SQUAD (2012), a následně hlavní role po boku Brada Pitta v očekávaném trháku WORLD WAR Z (2013) v režii Marca Forstera natočeném na motivy stejnojmenné novely Maxe Brookse.