jest brytyjską aktorką. Córka Sir Johna Millsa i Mary Hayley Bell oraz młodsza siostra aktorki Juliet Mills, rozpoczęła karierę aktorską jako dziecko i została okrzyknięta obiecującą debiutantką, zdobywając nagrodę BAFTA dla najbardziej obiecującej debiutantki za występ w brytyjskim dramacie kryminalnym Tiger Bay (1959), nagrodę Akademii Filmowej dla Pollyanny Disneya (1960) i nagrodę Złotego Globu dla nowej gwiazdy roku - aktorki w 1961 roku.
Na początku swojej kariery wystąpiła w sześciu filmach dla Walta Disneya, w tym w podwójnej roli bliźniaczek Susan i Sharon w filmie Disneya Pułapka na rodziców (1961). Jej występ w Whistle Down the Wind (adaptacja powieści napisanej przez jej matkę z 1961 roku) przyniósł Mills nominację do nagrody BAFTA dla najlepszej brytyjskiej aktorki i została uznana za największą gwiazdę w Wielkiej Brytanii w 1961 roku. Według jednego z pisarzy, "była gwiazdą filmową przez około dekadę... prawdziwą, oldschoolową, ponadtytułową gwiazdą filmową: notowaną w sondażach box-office, skupiającą się na starannie chronionym wizerunku publicznym, sygnatariuszem długoterminowego kontraktu ze studiem, które starało się stworzyć dla niej pojazdy. W rzeczywistości można by argumentować, że Hayley Mills była jedną z ostatnich gwiazd, dla których ten ostatni czynnik miał zastosowanie, przynajmniej w kinie anglojęzycznym."
Pod koniec lat 60-tych Mills zaczęła występować w sztukach teatralnych, debiutując na scenie w 1969 roku w West End revival Peter Pan. Grała także w bardziej dojrzałych rolach. Za swój sukces z Disneyem otrzymała nagrodę Disney Legend Award. Chociaż nie utrzymała sukcesu kasowego ani hollywoodzkiej listy A, której doświadczyła jako dziecięca aktorka, nadal występowała w filmach i telewizji, w tym w głównej roli w brytyjskim mini-serialu telewizyjnym The Flame Trees of Thika w 1981 roku, tytułowej roli w serialu telewizyjnym Disneya Good Morning, Miss Bliss w 1988 roku oraz jako Caroline, główna bohaterka Wild at Heart (2007-2012) w ITV w Wielkiej Brytanii. Opublikowała swoje wspomnienia, Forever Young, w 2021 roku.