孟怀萦从台北市立第一女中、台湾大学电机系毕业。她于1988年取得加州大学伯克利分校电机博士学位，同年即获聘斯坦福大学电机系任教。1998年，她与当时斯坦福大学工程学院院长约翰·轩尼诗共同创办Atheros通讯公司。她专精于射频与讯号处理技术发展，包括领先业界研发出第一颗全由CMOS制造的5GHz射频芯片。2021年，当选为美国艺术与科学学院院士。2007年，她当选为美国国家工程学院院士，成为继黄桑希兰院士之后的第二位华裔工程学院女院士。孟院士与黄桑院士有许多共同之处，都是出身台湾而为全球华人及女性争光，在台湾完成大学教育，而且都是北一女中的校友。2010年，孟怀萦当选为中央研究院院士，为当届最年轻的院士。