Британская актриса американского происхождения. Она родилась в Нью-Йорке и выросла в Лондоне, а начинала свою карьеру как фотомодель, появляясь на страницах итальянского Vogue и для календаря Pirelli 2003 года. Ее актерский прорыв произошел в 2004 году в фильмах "Слоеный пирог" и "Альфи". Впоследствии она сыграла светскую львицу Эди Седжвик в фильме Factory Girl (2006) и писательницу Кейтлин Макнамара в фильме The Edge of Love (2008), а в 2008 году была номинирована на премию BAFTA Rising Star Award. После роли баронессы в фильме G.I. Joe: The Rise of Cobra (2009) последовал кратковременный перерыв в работе на экране на фоне повышенного внимания таблоидов.
Миллер вернулась к известности с ролью актрисы Типпи Хедрен в телефильме The Girl 2012 года, за которую она была номинирована на телевизионную премию BAFTA за лучшую женскую роль и премию "Золотой глобус" за лучшую женскую роль - минисериал или телевизионный фильм. С тех пор она снялась в нескольких заметных фильмах, включая "Фокскатчер" (2014), "Американский снайпер" (2014), "Затерянный город Z" (2016), "Жить одной ночью" (2016) и "Американка" (2018), а также в мини-сериалах "Самый громкий голос" (2019) и "Анатомия скандала" (2022).