Avital nasceu em Jerusalém, porém foi criada em Tel Aviv e em Ra'anana. Sua família é judia e seus pais Noni e Iko Avital, são designers gráficos.1 Na adolescência, ela frequentou uma escola de teatro em Givatayim e em 1993 se mudou para Nova York.
Carreira nos EUA.
Em 1994, Avital foi para Nova York e começou a estudar teatro no Circle in the Square Theatre. No ano seguinte, quando trabalhava como garçonete, um agente a conheceu e a escalou para atuar no filme Stargate.

No teatro, Avital interpretou Cordelia em King Lear em 2006.3 Como diretora, trabalhou no curta I Think Myself I am All the Time Younger, que teve sua estréia no Festival de Tribeca em 2004.
Carreira em Israel.

Seus recentes trabalhos incluem a comédia Ahava Colombianit (Amor Colombiano) e Noodle, em que recebeu o prêmio da crítica israelense e indicações ao Prêmio Ophir em 2006. Desde 2009, Avital atua na série Hatufim no Canal 2 de Israel.
Vida pessoal.
Entre 1997 e 2001, Avital namorou o ator David Schwimmer.4 Atualmente, ela vive em Nova York e é casada com o roteirista Charles Randolph, com quem tem dois filhos.
Filmografia.
1991: Yael's Friends
1992: Me'ever Layam
1993: Groupie
1994: Stargate
1995: Dead Man
1996: Invasion of Privacy
1997: Minotaur
1997: The End of Violence
1998: Polish Wedding
1998: Animals and the Tollkeeper
1998: Kissing a Fool
1999: The Young Girl and the Monsoon
2000: Arabian Nights
2000: Preston Tylk
2001: After the Storm
2001: Uprising
2003: The Human Stain
2004: Ahava Colombianit
2005: When Do We Eat?
2007: Noodle
Referências:
(inglês) Israeli actress Mili Avital is back on Hollywood's radar (19/10/2012). Haaretz. Página visitada em 7 de Novembro de 2012.
(inglês) Keck's Exclusives: New Bodies Check in to ABC's 666 Park Avenue (8/08/2012). TV Guide. Página visitada em 7 de Novembro de 2012.
(inglês) Mili Avital - Other works. Internet Movie Database. Página visitada em 7 de Novembro de 2012.
(inglês) Schwimmer on Friends, Ex-Girlfriend (26/10/2001). ABC News. Página visitada em 7 de Novembro de 2012.