Вера Мухина родилась 1 июля 1889 года в Риге в купеческой семье. В детстве жила в Феодосии (1892-1904 гг.), куда ее привез отец после смерти матери.
Переехав в Москву, Вера Мухина училась в частной художественной студии Константина Юона и Ивана Дудина (1908-1911 г.), работала в скульптурной мастерской Нины Синициной (1911 г.). Затем перешла в студию живописца Ильи Машкова, одного из лидеров группы художников-новаторов "Бубновый валет".
Продолжила образование в Париже в частной студии Ф. Коларосси (1912-1914 гг.). Также посещала академию Гранд-Шомьер (Acadmie de la Grande Chaumire), где училась у известного французского скульптора-монументалиста Эмиля-Антуана Бурделя. Одновременно в Академии изящных искусств слушала курс анатомии. В 1914 году совершила поездку по Италии, где изучала искусство эпохи Ренессанса.
В 1915-1917 годах, во время Первой мировой войны, была сестрой милосердия в госпитале в Москве. Одновременно, с 1916 года работала помощником художника-постановщика Александры Экстер в Камерном Театре под руководством Александра Таирова.
После Октябрьской революции в стране был принят план так называемой "монументальной пропаганды", в рамках которого скульпторы получали от государства заказы на городские монументы. Вера Мухина в 1918 году выполнила проект памятника Новикову - русскому общественному деятелю XVIII века, который был одобрен Наркомпросом. Однако выполненный из глины макет, который хранился в неотапливаемой мастерской, растрескался от холода.
В 1919 году вступила в объединение "Монолит". В 1924 году стала членом объединения "4 искусства", а в 1926 году - Общества русских скульпторов.
В 1923 году участвовала в оформлении павильона газеты "Известия" для первой Всероссийской сельскохозяйственной и кустарно-промышленной выставке в Москве.
В 1926-27 годах преподавала в классе лепки Художественно-промышленного техникума при музее игрушки, с 1927 года по 1930 год - в Высшем художественно-техническом институте в Москве.
К концу 1920-х годов были созданы станковые скульптуры "Юлия", "Ветер", "Крестьянка". В 1927 году "Крестьянка" на выставке к 10-летию Октября была удостоена первой премии. В 1934 году скульптура экспонировалась на Международной выставке в Венеции, после чего была куплена музеем Триеста (Италия). После второй мировой войны перешла в собственность музея Ватикана в Риме. Бронзовой отлив скульптуры был установлен в Третьяковской галерее.
В 1937 году на Всемирной выставке в Париже за композицию "Рабочий и колхозница" Вера Мухина была награждена золотой медалью Гран-при. Скульптура венчала советский павильон, спроектированный архитектором Борисом Иофаном. В 1939 году монумент был установлен в Москве недалеко от северного входа на Всесоюзную сельскохозяйственную выставку (ныне ВДНХ). С 1947 года скульптура является эмблемой киностудии "Мосфильм".
С 1938 года по 1939 год художница работала над скульптурами для Москворецкого моста архитектора Алексея Щусева. Однако эскизы остались не воплощенными. Только одна из композиций - "Хлеб" - была исполнена автором в большом размере для выставки "Пищевая индустрия" в 1939 году.
В 1942 году ей было присвоено звание "Заслуженный деятель искусств РСФСР", в 1943 году - Народный художник СССР.
В годы Отечественной войны Мухина создала портреты полковника Хижняка, полковника Юсупова, скульптуру "Партизанка" (1942), а также ряд скульптурных портретов гражданских лиц: русской балерины Галины Улановой (1941), хирурга Николая Бурденко (1942-43), кораблестроителя Алексея Крылова (1945).
С 1947 года Вера Мухина являлась действительным членом Академии Художеств СССР, членом президиума академии.
Среди известных работ Веры Мухиной скульптуры "Революция", "Юлия", "Наука" (установлена у здания МГУ), "Земля" и "Вода" (в Лужниках), памятники писателю Максиму Горькому, композитору Петру Чайковскому (установлен у Московской консерватории) и многие другие. Художница участвовала в оформлении станции Московского метро "Семеновская" (открыта в 1944 г.), занималась промышленной графикой, проектированием одежды, оформительской работой.
Вера Игнатьевна Мухина - лауреат пяти Сталинских премий (1941, 1943, 1946, 1951, 1952), награждена орденами Трудового Красного Знамени, "Знак Почета", "За гражданские заслуги".
Умерла 6 октября 1953 году в Москве, похоронена на Новодевичьем кладбище.
Имя скульптора было присвоено Ленинградскому высшему художественно-промышленному училищу. В Москве, в районе Ново-Переделкино, в ее честь названа улица.