Родилась 26 апреля 1974 года в Сараево (Босния и Герцеговина) в хорватской семье. Уехала из Югославии в пять лет с семьёй. В детстве жила в Мичигане, во время школьных каникул попала на фотосъёмку журналов мод в Чикаго — с этого началась модельная карьера.

В 1992 году, по окончании школы, Ивана переехала в Лос-Анджелес. Мечта стать актрисой осуществилась в одном из шоу стэндап. В 1996 году Ивана сыграла маленькую роль бывшей девушки Джерри в фильме «Джерри Магуайр» — вместе с Томом Крузом. Дальше такие знаменитые фильмы, как «Ванильное небо» (2001), «Между небом и землей» (2005). В 2006 году произошёл большой прорыв в её кинокарьере: актриса сыграла одну из девушек противника Джеймса Бонда Лё Шифра в фильме «Казино „Рояль“». В 2008 вышла комедия «Бестолковая защита», где Ивана Миличевич сыграла одну из основных ролей.

Играла роль Даши Федорович, советского связного офицера, в видеовставках к компьютерной игре Command & Conquer: Red Alert 3 и её продолжению Command & Conquer Red Alert 3: Uprising.

Младший брат — Томислав Миличевич, гитарист альтернативной рок-группы «30 Seconds to Mars».

14.04.2018 Ивана Миличевич родила сына.