Ai Haibara wurde als Shiho Miyano innerhalb der kriminellen Schwarzen Organisation geboren. Ihre Eltern, die Wissenschaftler Atsushi und Elena Miyano, arbeiteten am geheimen Silver-Bullet-Projekt, bevor sie bei einem angeblichen Unfall starben. Als Wunderkind wurde Shiho zur Ausbildung in die USA geschickt und kehrte später nach Japan zurück, um die Forschung ihrer Eltern fortzusetzen. Mit dreizehn Jahren diente sie der Organisation unter dem Codenamen Sherry. Mit achtzehn entwickelte sie das Medikament APTX 4869, das ursprünglich als nicht rückverfolgbares Gift konzipiert war. Während der Tests beobachtete sie einen seltenen Verjüngungseffekt bei einer Maus, hielt diese Erkenntnis jedoch zurück. Nachdem die Organisation ihre Schwester Akemi Miyano hingerichtet hatte, rebellierte Shiho, sabotierte ihre Forschung und wurde inhaftiert und zum Tode verurteilt. Sie nahm APTX 4869 ein, um Selbstmord zu begehen, verjüngte sich stattdessen jedoch ins Kindesalter und entkam durch einen Wäscheschacht. In der Nähe von Shinichi Kudōs Zuhause wurde sie von Professor Hiroshi Agasa gefunden, der ihre Eltern kannte, aber nichts über ihre Verbindung zur Organisation wusste, und nahm das Pseudonym Ai Haibara an. Der Nachname bedeutet „Aschefeld“, während Ai das Kanji für Trauer verwendet. 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 Entwicklung von APTX 4869, und mit der Zeit lernte sie, ihm und den Detektivjungen als ihren ersten wahren Freunden zu vertrauen. Sie arbeitet an der Entwicklung eines Gegengifts mit fragmentierten Daten, nachdem der Großteil ihrer Forschung zerstört wurde. Aus Angst vor der Schwarzen Organisation, insbesondere vor den Agenten Gin und Vermouth, betrachtet sie sich selbst als Gefahr für andere. Haibara zeigt eine ruhige, analytische Art, gepaart mit Sarkasmus, mit Expertise in den Bereichen Wissenschaft, Geschichte und Theologie. Sie mag Erdnussbutter- und Blaubeergelee-Sandwiches aus ihren Jahren in den USA, begehrt Luxusmarken wie Prada und Fusae und bewundert den Fußballspieler Ryusuke Higo, mit dem sie sich aufgrund seines Austritts aus einer schwarzen Organisation namens Noir Tokyo identifiziert. Zu den Schlüsselereignissen gehören Vermouths Aufdeckung ihrer Identität, die durch einen vorübergehenden Waffenstillstand gelöst wurde, und später ein Attentatsversuch im Mystery Train, bei dem Conan und Verbündete ihren Tod in einer Explosion inszenierten, wodurch die meisten in der Organisation überzeugt waren, dass sie gestorben sei; nur Vermouth schloss auf ihr Überleben und hielt es geheim. Zu ihren familiären Verbindungen gehören Tante Mary Sera und die Cousins Shuichi Akai, Masumi Sera und Shukichi Haneda. In der Magic File 4-Episode The Osaka Okonomiyaki Odyssey reist sie mit den Detektivjungen, Conan und Professor Agasa nach Osaka und bietet stille Unterstützung, während die Gruppe ein Okonomiyaki-Restaurant sucht.