Ai Haibara, geboren als Shiho Miyano, betrat die Welt innerhalb des Verbrechersyndikats Schwarze Organisation. Ihre Eltern, die Wissenschaftler Atsushi und Elena Miyano, widmeten ihr Leben dem geheimen "Silver Bullet"-Projekt, bevor sie bei einem angeblichen Unfall ums Leben kamen. Als Wunderkind wurde Shiho zur Ausbildung in die USA geschickt und setzte später die Forschung ihrer Eltern in Japan fort. Mit dreizehn Jahren diente sie der Organisation unter dem Codenamen "Sherry", inspiriert von Likörwein. Mit achtzehn entwickelte sie das Medikament APTX 4869 – zunächst geheim gehalten, aber als nicht zurückverfolgbares Gift eingesetzt. Während der Tests bemerkte Shiho dessen seltene verjüngende Wirkung bei Mäusen, hielt diesen Befund jedoch zurück. Als Shinichi Kudo scheinbar an APTX 4869 starb, bestätigte die Organisation seinen Tod, aber Shiho schloss auf seine Verwandlung, als sie in seinem Zuhause fehlende Kinderkleidung entdeckte.
Nachdem die Schwarze Organisation ihre Schwester Akemi Miyano unter ungeklärten Umständen hinrichtete, sabotierte Shiho ihre Forschung, was zu Gefangenschaft und Todesstrafe führte. Sie nahm APTX 4869 ein, um Selbstmord zu begehen, schrumpfte jedoch ins Kindesalter und floh durch einen Wäscheschacht. In der Nähe von Shinichis Zuhause wurde sie von Professor Hiroshi Agasa gefunden – der ihre Eltern kannte, aber nicht deren Verbindungen zur Organisation oder ihre Kinder – und nahm das Pseudonym "Ai Haibara" an. Der Nachname bedeutet "Aschefeld", während "Ai" das Kanji für "Trauer" verwendet, was ihren Schmerz widerspiegelt, trotz Agasas Vorschlag für "Liebe". Englische Adaptionen nennen sie "Anita Hailey" oder "Vi Graythorn".
Als Ai Haibara schrieb sie sich an der Teitan-Grundschule ein und schloss sich den Detektivjungen neben Shinichis geschrumpfter Identität, Conan Edogawa, an. Anfangs zurückhaltend und zynisch, gestand sie Conan ihre wahre Identität und ihre Rolle bei der Erschaffung von APTX 4869, was ihr Verhältnis belastete. Allmählich vertraute sie ihm und den Detektivjungen und sah sie als ihre ersten wahren Freunde. Sie arbeitete an einem APTX-Gegengift, doch der Fortschritt stockte, nachdem ihre Forschungsdaten zerstört wurden. Aus Angst vor der Schwarzen Organisation – besonders vor den Agenten Gin und Vermouth – hielt sie sich für eine Gefahr für andere und erklärte: "Ich bin gefährlich und nicht wie die anderen."
Haibara zeigt eine ruhige, analytische Art mit Sarkasmus und verfügt über Expertise in Wissenschaft, Geschichte und Theologie. Obwohl reserviert, zeigt sie Zärtlichkeit gegenüber Tieren und teilt gelegentlich persönliche Eigenheiten wie ihre Vorliebe für Erdnussbutter- und Blaubeergelee-Sandwiches aus ihren USA-Jahren. Ihr reifes Auftreten überstrahlt ihr scheinbares Alter, und sie schätzt Luxusmarken wie Prada und Fusae, die sie als Verhandlungsmittel in Fällen nutzt. Erschöpfung durch nächtliche Gegengiftforschung brachte ihr Conans Spitznamen "böseäugiges Gähnmädchen" ein.
In *Magic File 4: The Osaka Okonomiyaki Odyssey* – einem Nachtrag zu *The Lost Ship in the Sky* – reist Haibara mit den Detektivjungen, Conan und Agasa nach Osaka. Sie begleitet deren Suche nach einem Okonomiyaki-Restaurant neben Heiji Hattori und Kazuha Toyama und bietet leise Unterstützung, die ihre Integration in die Gruppe trotz angeborener Vorsicht unterstreicht.
Ihre Entwicklung umfasst eine Bindung zu Ran Mouri und die Bewunderung für Fußballer Ryusuke Higo, mit dem sie sich aufgrund seines Austritts aus einer "schwarzen Organisation" (Noir Tokyo) identifiziert. Der Kompilationsfilm *The Story of Ai Haibara ~Black Iron Mystery Train~* dokumentiert ihre entscheidenden Momente, mit neu synchronisierten Szenen aus der Folge *The Jet-Black Mystery Train*, in der eine inszenierte Explosion ihren "Tod" gegenüber der Organisation bestätigt.