Tras iniciarse en el mundo del cómic en fanzines, y realizar una serie de trabajos menores para Marvel y DC, en 1980 pasaría a encargarse de Daredevil, un personaje en el que dejaría una huella indeleble en una etapa de más de dos años. Miller, empezó como dibujante de la serie y después realizaría también los guiones, dando un nuevo enfoque al personaje y creando a Elektra, una ninja asesina de trasfondo trágico e interés romántico del protagonista, que se convertiría en uno de los personajes femeninos de Marvel más conocidos, a la par que iba introduciendo innovaciones narrativas.
En 1982 daría un paso adelante en su carrera escribiendo y dibujante la miniserie Ronin, un relato de ciencia-ficción mezclado con personajes del Japón medieval. A finales de 1982 retomaría la ambientación japonesa plagada de ninjas dibujando la miniserie Lobezno con guiones de Chris Claremont.
En 1986 volvería a Daredevil como guionista para contar la que está considerada como la historia definitiva del personaje en la saga "Born Again", con dibujos de David Mazzuchelli. Después de esto volvería a retomar a Daredevil y Elektra repetidamente en varios proyectos puntuales. En 1986 un Miller en estado de gracia realiza Batman: el regreso del señor de la noche, que junto a la épica Watchmen de Alan Moore y Dave Gibbons harían historia revolucionando por completo el panorama del cómic en EEUU con un nuevo enfoque más adulto, "oscuro" y crepuscular de los superhéroes. Casi inmediatamente le sigue Batman: Año Uno, de nuevo con Mazzuchelli como dibujante. Con estas dos obras Miller no sólo marcaría de por vida el enfoque del personaje, sino que están consideradas como las dos mejores historias jamás contadas de Batman y representan el punto álgido de su carrera. En los 90, ya con un estatus de figura mítica del cómic consolidado, Miller diversificaría su producción con diversas obras de creación propia para la editorial Dark Horse. Pero sería en Sin City, de nuevo como autor completo, donde volvió a convulsionar la industria como autor completo, retomando el ambiente del cine de género negro de los 40 y un estilo de dibujo en blanco y negro que juega con luces y sombras.
En 1998 también sorprendería a propios y extraños con 300, un cómic de género histórico que sería uno de sus mejores trabajos de la década.
Ya entrado el siglo XXI ha vuelto a estar de actualidad al aceptar realizar para DC Comics varios trabajos sobre Batman, que sin embargo han recibido críticas dispares, con un amplio sector de críticas muy negativas. En este periodo también participó en la película de Sin City (acreditado como co-director) y se ha anunciado que ha aceptado dirigir una película de The Spirit, basado en el cómic del gran Will Eisner, uno de los grandes de la historieta mundial y amigo personal de Miller.
Como curiosidad, comentar que desde los años 80 es su esposa, Lynn Varley, la encargada de aplicar el color (con excelentes resultados) en los cómics que Miller realiza como autor completo. De sus obras de creación propia, se ha producido una adaptación cinematográfica de imagen real Sin City (2005) y 300 (2007), y una serie de TV de dibujos animados de Big Guy and Rusty the Boy robot.
