Miller s-a nascut si a crescut in Wyckoff, New Jersey. Mama sa, Marta, este dansatoare, iar tatal sau, Robert S. Miller, a fost vicepresedintele si managerul sef al editurii ce apartine companiei Walt Disney, Hyperion Books, iar in prezent este redactor la Workman Publishing. Are doua surori mai mari, Saiya si Caitlin, iar in ceea ce il priveste, Miller se considera spiritual si evreu (tatal sau este evreu, iar mama sa crestina).
La varsta de 6 ani Miller a inceput sa cante la Metropolitan Opera, lucru care il ajuta sa-si depaseasca anumite defecte de vorbire. A urmat scoala The Hudson, renuntand la studii la varsta de 16 ani.
Si-a inceput cariera cinematografica in 2008, odata cu filmul lui Antonio Capos "Afterschool", unde juca rolul unui adolescent dintr-un internat. A urmat "City Island", unde a jucat alaturi de Andy Garcia, Julianna Margulies si Steven Strait, iar mai apoi a avut roluri in "Beware the Gonzo" si "Every Day", ambele premiate la Tribeca Film Festival.
In 2011 Miller joaca in productia BBC "We need to talk about Kevin", ecranizarea dupa un roman din 2003 a autorului american Lionel Shriver. Proiectul a facut senzatie la Festivalul de Film de la Cannes, castigand atentia criticilor si avand doua nominalizari.
A cochetat si cu seriale precum "Californication", unde are cinci aparitii episodice ca Damien, si "Royal Pains", unde il joaca timp de doua sezoane pe Tucker Bryant. In prezent il interpreteaza pe Patrick in adaptarea dupa romanul omonim "The Perks of Being a Walflower", alaturi de Logan Lerman si Emma Watson.
De asemenea Miller este baterist si vocalist in trupa newyorkeza numita "Sons of Illustrous Father".
In iunie 2011 a fost prins cu 20g de marijuana si retinut pentru posesie de droguri, insa mai tarziu a fost achitat la decizia curtii, scapand cu o amenda de 600 de dolari. Miller nu a negat faptul ca a consumat substanta, motivand chiar ca este un obicei inofensiv.
