Ai Haibara, geboren als Shiho Miyano und mit dem Codenamen Sherry in der Schwarzen Organisation, ist die Tochter der Wissenschaftler Elena Miyano (Britin) und Atsushi Miyano (Japaner). Ihre Eltern erforschten die „Silver Bullet“-Droge für das Syndikat, bevor sie bei einem angeblichen Unfall ums Leben kamen. Anschließend von der Organisation ausgebildet, wurde Shiho in die USA geschickt, um sich weiterzubilden, und musste ab dem Alter von 13 Jahren deren Forschung in Japan fortsetzen. Mit 18 entwickelte sie das tödliche Gift APTX 4869. Während Tierversuche entdeckte sie dessen seltene Nebenwirkung der Verjüngung, hielt dies jedoch geheim. Die Organisation setzte APTX 4869 für Attentate ein, darunter auch an Shinichi Kudo, der sich statt zu töten in ein Kind verwandelte. Shiho vermutete später sein Überleben und fälschte seinen Todestatus, um ihn zu schützen. Nach der Hinrichtung ihrer Schwester Akemi Miyano durch Gin rebellierte Shiho und wurde inhaftiert. Um ihrer eigenen Hinrichtung zu entgehen, nahm sie APTX 4869 ein, um Selbstmord zu begehen, schrumpfte jedoch auf die Größe eines Kindes und konnte so entkommen. Erschöpft brach sie in der Nähe von Shinichis Zuhause zusammen und wurde von Professor Hiroshi Agasa gefunden, der sie aufnahm. Um ihre Identität zu verbergen, nahm sie das Pseudonym „Ai Haibara“ an, wobei „Haibara“ („Aschefeld“) von Cordelia Gray und „Ai“ von Irene Adler abgeleitet wurde. An der Teitan-Grundschule eingeschrieben als Ai Haibara, schloss sie sich den Detektivjungen neben dem geschrumpften Shinichi (nun Conan Edogawa) an. Anfangs misstrauisch aufgrund ihrer Rolle bei der Entwicklung von APTX 4869, akzeptierte Conan sie schließlich als Verbündete. Haibara zeigte anfangs eine kühle, sarkastische Art, distanzierte sich, um andere vor Vergeltung der Organisation zu schützen. Mit der Zeit entwickelte sie enge Bindungen zu den Detektivjungen, Professor Agasa und Ran Mouri und gewann ihr neues Leben allmählich lieb. Ihre Persönlichkeit vereint hohe Intelligenz mit trockenem Humor, bleibt jedoch vorsichtig und spürt die Präsenz der Organisation oft instinktiv. Sie bewundert den Fußballspieler Ryusuke Higo für seine Widerstandsfähigkeit nach Verrat, was ihre eigenen Erfahrungen widerspiegelt. Haibara unterstützt Conan bei der Entwicklung eines APTX 4869-Gegengifts, wobei sie fragmentierte Daten aus der Forschung ihrer Eltern und Akemis Besitz nutzt. Sie traf auf Mitglieder der Organisation: Vermouth entdeckte ihre Identität, wurde aber von Conan überredet, sie zu verschonen; Bourbon verriet später ihren Aufenthaltsort, was zu einer vorgetäuschten Explosion führte, die ihren Tod vortäuschte. Vermouth weiß, dass sie überlebte, und hält diese Information zurück. Während der „Kurogane no Submarine“-Ereignisse infiltrierte die Schwarze Organisation die „Pacific Buoy“-Einrichtung. Deren „All-Age Recognition“-KI-Überwachungssystem identifizierte Haibara als Shiho Miyano über Sicherheitsaufnahmen. Von Vodka und dem Agenten Pinga entführt, wurde sie zu einem U-Boot gebracht. Vermouth manipulierte das Erkennungssystem, um falsche Übereinstimmungen anzuzeigen, wodurch Zweifel an Haibaras Identität entstanden und ihr Geheimnis geschützt wurde. Haibara floh mit der Ingenieurin Naomi Argento vom U-Boot – die sich später als eine Jugendbekanntschaft entpuppte, die Shiho in Amerika vor Mobbern beschützt hatte. Post-Credit-Szenen bestätigten, dass Vermouth sich als Shiho ausgab, um die Glaubwürdigkeit des Systems zu sabotieren. Haibara zeigt anspruchsvolle Vorlieben, verlangt nach Luxusaccessoires wie Fusae Campbell und Prada und liest Modemagazine. Ihre Klassenkameraden sprechen sie aufgrund ihres erwachsenen Auftretens förmlich als „Haibara-san“ an, obwohl sie Ayumi Yoshida erlaubt, „Ai-chan“ zu verwenden, als Zeichen der Vertrautheit.