Das prominente Paar schuf sich im Laufe der Zeit eine für Hollywood-Verhältnisse völlig untypische Großfamilie, bekamen 1987 einen gemeinsamen Sohn, Satchel O'Sullivan Farrow, der sich heute Seamus nennt, und adoptierte zwei weitere Kinder. Der 1978 geborene Moses Amadeus Farrow, auch bekannt als Misha Farrow, wurde 1980 adoptiert, Dylan O'Sullivan Farrow, auch bekannt als Eliza Farrow, vervollständigte vorerst die Großfamilie.
1992 trennte sich das Paar vor Gericht in einer wahren Schlammschlacht, die von der einschlägigen Presse ausführlich begleitet wurde. Mia Farrow hatte Allen verklagt, er habe sich ihren Kindern sexuell genähert; Allen wurde jedoch in allen Anklagepunkten freigesprochen. Er hatte tatsächlich ein Verhältnis mit der gemeinsamen Adoptivtochter Soon Yi, doch diese war damals schon volljährig. Der Presserummel war mörderisch und überlagerte den Start des letzen gemeinsamen Films "Ehemänner und Ehefrauen"¹⁾ (1992, Husbands and Wives³⁾).
Nach ihrer Trennung von Woody Allen drehte Mia Farrow eine Reihe weiterer Filme für Fernsehen und Kino, konnte jedoch an die Erfolge der Ära "Allen" nicht mehr so recht anknüpfen. 1993 stand sie neben Joan Plowright und Natasha Richardson für den Frauenfilm "Die Witwen von Widows Peak" (1994, Widows' Peak) vor der Kamera, 1995 erlebte sie in "Miami Rhapsody" mit Antonio Banderas ihren zweiten Frühling. Es folgten Filme wie "Wer hat Angst vorm Weihnachtsmann?" (1995, Reckless), "Angela Mooney" (1996), "Coming Soon" (1999), "Der Schrecken des Vergessens"³⁾ (1999, Forget Me Never) und "Purpose" (2002). In "Das letzte Einhorn" (2004, The Last Unicorn), der Realverfilmung nach dem gleichnamigen Zeichentrickfilm aus dem Jahre 1982, in der sie schon das Einhorn gesprochen hatte, übernahm sie neben Christopher Lee als König Haggard und Angela Lansbury als Mommy Fortuna die Rolle der Molly Grue. Zu Mia Farrows jüngeren Arbeiten vor der Kamera zählt das Remake des Horrorstreifens "Das Omen"¹⁾ (2006, The Omen) sowie Luc Bessons Fantasyfilm "Arthur und die Minimoys"¹⁾ (2006, Arthur et les Minimoys), wo sie eine Großmutter mimte. Danach gehörte sie zur Besetzungsliste von Michel Gondrys Komödie "Be Kind Rewind"¹⁾ (2007, Abgedreht) und auch in den Fortsetzungen von "Arthur und die Minimoys", "Die Rückkehr des Bösen M"¹⁾ (2009) und "Die große Entscheidung" (2010) war sie mit von der Partie.

Die mehrfach für ihre schauspielerischen Leistungen ausgezeichnete Mia Farrow ist Mutter von insgesamt 15 Kindern, vier eigenen sowie 11 meist körperlich behinderten Kindern aus den ärmsten Regionen aller Welt, die sie adoptiert hat. Adoptivtochter Tam Farrow verstarb im März 2000 nach langer Krankheit mit nur 21 Jahren, weitere Adoptivkinder sind Isaiah Justus Farrow, Quincy Farrow (auch bekannt als Kaeli-Shea) und Thaddeus W. Farrow (beide adoptiert 1994), Frankie-Minh (adoptiert 1995) und Gabriel Wilk Farrow. Nach wie vor begreift sich die Schauspielerin als Anwältin für die Rechte von Kindern, arbeitet für verschiedene Organisationen, die sich für Kinder in Konfliktregionen einsetzen, fördert Projekte gegen Kinderlähmung und ist "UNO-Botschafterin des guten Willens" zur Ausrottung von Polio. Seit vielen Jahren kämpft sie auch dafür, das Leiden der Menschen in der Krisenregion Dafur im Westen des Sudans zu beenden, Mitte August 2007 entzündete sie – ein Jahr vor Beginn der Olympischen Spiele in Peking – das Feuer für den Fackellauf "Traum für Darfur", der die internationale Aufmerksamkeit auf Chinas Rolle in der Darfur-Krise lenken soll.
 
1997 erschien ihre Autobiographie "What Falls Away" (Dauer hat, was vergeht), für das sie drei Millionen Dollar erhalten haben soll. Nach der medialen Auseinandersetzung anlässlich der Scheidung, hatte jeder angenommen, Mia Farrow würde Woody Allen in ihrer Biographie nun eins auswischen und ihn niedermachen. Wer Beschimpfungen erwartet hatte, der wurde enttäuscht, aber gleichzeitig auch überrascht. Mia Farrow schildert offen und ohne Pathos die Ereignisse um die Affäre zwischen Woody Allen und ihrer Adoptivtochter Soon Yi. Sie schreibt über Abgründe, Ängste im gemeinsamen Leben mit Allan und allein auf über 30 Seiten wird das Urteil im Rechtsstreit abgedruckt. Neben dem Kapitel "Allen" erzählt sie über ihre beiden Ehemänner Frank Sinatra und Previn sowie über ihre Freundschaften mit Liza Minnelli, Yul Brynner, Michael Caine, Thornton Wilder und Salvador Dali.