Milena Canonero wuchs in Genua auf. Sie studierte Design und Kostümkunde in Genua, bevor sie nach England zog, um ihre Studien abzuschließen. Milenas Filmkarriere begann mit Stanley Kubrick, für den sie die Kostüme für drei seiner Filme entwarf: Uhrwerk Orange (1971), Barry Lyndon (1975), was ihr den ersten ihrer vier Academy Awards einbrachte, und Shining (1980). Milena hat mit Alan Parker, Midnight Express (1978), Hugh Hudson, Chariots of Fire (1981) ihren zweiten Oscar gearbeitet. Francis F. Coppola, Cotton Club (1984), Der Pate III (1990), Sydney Pollock, Jenseits von Afrika (1985), Louis Malle, Verhängnis (1992), Warren Beatty, Dick Tracy (1990) und Bulworth (1998), Julie Taymor, Titus (1999), Roman Polanski, Carnage (2011) und dem legendären Regisseur Manoel De Oliveira, Belle Toujours (2006), Sofia Coppola, Marie Antoinette (2006) brachte ihr den dritten Oscar. Sie hat auch das Produktionsdesign für Barbet Schroeders Single White Female (1992) und Leonardo Guerra Seragnolis Last Summer 2014 erstellt und Kostüme für Opernproduktionen in der Scala, dem Wiener Opernhaus, der Metropolitan Opera und der Garnier Opera de Paris entworfen. Sie war auch Produzentin bei Romeo und Julia (2013). Canonero hat mit Wes Anderson bei The Life Aquatic with Steve Zissou (2004), The Darjeeling Limited (2007) und The Grand Budapest Hotel (2014) zusammengearbeitet und dafür ihren vierten Oscar gewonnen.