Geboren in der geheimnisvollen Schwarzen Organisation als Shiho Miyano, war sie die Tochter der Wissenschaftler Elena Miyano (Englisch) und Atsushi Miyano (Japanisch), die während ihrer Kindheit bei einem Unfall ums Leben kamen, als sie am "Silver Bullet"-Projekt der Organisation arbeiteten. Als Wunderkind studierte sie in den USA, bevor sie nach Japan zurückkehrte, um die Forschung ihrer Eltern fortzusetzen. Mit 13 diente sie der Organisation als Wissenschaftlerin "Sherry" (benannt nach dem alkoholischen Getränk). Mit etwa 18 entwickelte sie das nicht rückverfolgbare Gift APTX 4869. Während der Tests beobachtete sie, wie eine Labormaus schrumpfte, anstatt zu sterben, verschwieg dieses Ergebnis jedoch. Die Organisation setzte APTX 4869 für Morde und Menschenversuche ein, unter anderem an Shinichi Kudo. Nach seinem Verschwinden schloss sie aus dem Fehlen seiner Kinderkleidung während einer Hausdurchsuchung auf seine Schrumpfung und fälschte seinen Status in den Aufzeichnungen als "verstorben", um ihn zu schützen. Enttäuscht vom Missbrauch von APTX 4869 für Morde und zutiefst erschüttert durch den ungeklärten Tod ihrer Schwester Akemi Miyano, stellte Shiho ihre Forschung ein. Zur Hinrichtung eingesperrt, nahm sie APTX 4869 ein, um Selbstmord zu begehen, schrumpfte jedoch auf die Größe eines Kindes. Auf der Flucht brach sie in der Nähe von Shinichis Haus zusammen und wurde von Professor Agasa gerettet – der ihre Eltern kannte, aber nichts von ihren Kindern oder den Verbindungen zur Organisation wusste. Er adoptierte sie, und sie schufen das Pseudonym "Ai Haibara": "Haibara" von "Grau" (in Anlehnung an Cordelia Gray) und "Ai" von V.I. Warshawski und Irene Adler, zunächst mit dem Kanji für "Trauer". Als Ai Haibara besucht sie die Teitan Grundschule mit Conan Edogawa (Shinichis geschrumpfte Form) und schließt sich den Detective Boys als Stellvertreterin an. Sie enthüllte Conan ihre Identität und ihre Rolle bei der Entwicklung von APTX 4869 während ihres ersten Falls, wobei sie zunächst auf Feindseligkeit stieß, bevor sie sein Vertrauen gewann. Sie arbeitet an einem Gegenmittel für APTX 4869, was durch verlorene Forschungsdaten erschwert wird. Nachdem die Organisation ihren Aufenthaltsort entdeckt und versucht hatte, sie in einem Zug zu töten, führten Conan, Subaru Okiya, Yukiko Kudo und Kaitou Kid einen Gegenplan aus, der eine Explosion beinhaltete, die ihren Tod vortäuschte und ihre geheime Identität sicherte. Haibara zeigt ein ruhiges, intelligentes und sarkastisches Wesen. Anfangs zynisch und distanziert nach ihrer Flucht aus der Organisation, taut sie allmählich durch die Bindungen zu den Detective Boys, Professor Agasa und Ran auf. Sie spricht und handelt älter als ihr scheinbares Alter und verfügt über breites Wissen in Bereichen wie Theologie und Geschichte. Beschützend gegenüber Freunden, betrachtet sie sich selbst als Gefahr aufgrund ihrer Vergangenheit und würde sich für ihre Sicherheit opfern. Sie fürchtet die Schwarze Organisation – insbesondere Gin und Vermouth – und vermisst Akemi zutiefst. Sie bremst Conans Leichtsinn in Bezug auf seine Identität, hilft aber, sie vor Ran zu verbergen, wenn nötig. Sie liebt Mode, fordert Prada-Handtaschen und Fusae-Accessoires während Ermittlungen, nutzt ein Prada-Handycase und liest die Zeitschrift 'ComCom'. Sie genoss Erdnussbutter- und Blaubeergelee-Sandwiches aus ihrer Zeit in Amerika, hörte damit aber auf, nachdem Agasa sie dabei erwischte, als er Diät hielt. Sie verehrt den Fußballer Ryusuke Higo, da sie sich mit seinem Abschied von einer "schwarzen Organisation" (Noir Tokyo) nach einem Verrat identifiziert.