Дмитрий Миллер родился 2 апреля 1972 г. в подмосковном г. Мытищи в обычной советской семье: отец актёра — плотник, мама — бухгалтер.
Детство и юность провёл в подмосковном городе Мытищи.
Учился в обычной школе и не думал, что станет профессиональным актёром.
После школы поступил в медицинский техникум.
Однажды поехал в Москву и случайно увидел объявление о наборе студентов в театральную студию. Решил зайти, посмотреть, как проходит прослушивание. Дмитрий великолепно прочитал свой отрывок и был зачислен на курс.
Вскоре стал студентом Щепкинского театрального училища.
В 2001 году Дмитрий Миллер окончил ВТУ имени Щепкина.
Молодой актёр вошёл в группу музыкального театра «На Басманной», в котором проработал почти четыре года.
Дебютом в большом кино стал полнометражный художественный фильм «Слуга государев», где актёр исполнил главную роль шевалье Шарля де Брезе на французском языке.
Были и небольшие роли в разных телевизионных фильмах, таких как популярный телесериал «Марш Турецкого».
Затем успешно снялся в сериалах «Next. Следующий», «Бальзаковский возраст, или Все мужики сво… — 2».
Известность и успех пришли с сериалом «Монтекристо». Затем Миллер появился в комедии «Весельчаки».
Исполнение главной роли в фильме «Счастливого пути» принесло Дмитрию несколько наград и номинацию за лучшее исполнение мужской роли на 49-м Международном фестивале телевизионных фильмов «Золотая нимфа» в Монте-Карло.
Номинацию разделил с Кевином Спейси. Исполнение роли отца в сериале «Черкизона» было отмечено призом Золотой Носорог за лучшее исполнение главной мужской роли.
В 2008 году принял участие в телешоу «Ледниковый период — 2» в паре с Маргаритой Дробязко.
С 2011 года снимается в Светофоре (телесериал на СТС), удостоенном в 2012 году премии Тэфи.
В 2013 году вышло ещё два популярных сериала, где Дмитрий Миллер исполняет главные роли — это «Бомбила» и «Склифосовский».
Жена — актриса Юлия Деллос (род. 3 октября 1971).
Сын — Данил Деллос
Дочери-близнецы — Алиса-Виктория и Марианна-Дарина (род. 2014).