Миранда Отто родилась в актёрской семье. Отец — известный австралийский актёр Барри Отто. Мать Миранды, Линдсей Отто, оставила карьеру актрисы после рождения дочери. Сестра Миранды, Грейси Отто, также актриса. В 1973 году родители Миранды расстались, однако отец поддерживал контакты с семьёй и общение с ним оказало влияние на решение Миранды стать актрисой, хотя в детстве она занималась также балетом.
Первую роль в кино Миранда получила в 1986 году в драме «Война Эммы». В 1990 году она закончила обучение в Национальном институте драматического искусства в Сиднее, после чего в 1991 году впервые появилась в заметной роли в фильме «Девушка, которая опоздала». Впоследствии снималась в основном в фильмах, не выходивших в широкий прокат. Кроме того, у неё были небольшие роли в голливудских картинах «Тонкая красная линия» (1998) и «Что скрывает ложь» (2000).
Широкую известность Миранда Отто получила в связи с исполнением роли Эовин в кинотрилогии Питера Джексона Властелин колец. До начала съёмок ей пришлось шесть месяцев заниматься верховой ездой и учиться бою на мечах.
В 1997 году Миранда Отто начала встречаться с актёром Ричардом Роксбергом, однако в 2000 году они расстались. В 2003 году вышла замуж за актёра Питера О’Брайена. В 2005 году у них родилась дочь.