Действительный статский советник (с 25.03.1912). Сын врача Якова Михайловича Миллера (1822-1903) от брака с Александрой Фёдоровной Егер (ок. 1838-1926). Окончил С.-Петербургский университет с дипломом первой степени. На службу в МИД поступил 1.01.1891 как студент учебного отделения восточных языков при Азиатском департаменте, с 17.09.1893 студент миссии в Тегеране, затем политического агентства в Бухаре, в 1894-1899 драгоман там же (с 30.05.1897 также секретарь агентства, 1.09.1897 произведён в коллежские асессоры). Со 2.07.1899 вице-консул (1.09.1901 произведён в надворные советники), с 28.03.1902 консул в Сейстане, с 22.02.1903 - консул в Кермане, 1.09.1905 произведён в коллежские советники, в 1906 1-й драгоман миссии в Тегеране. В 1907-1908 консул в Ливерпуле, затем вернулся в Персию: с ноябре 1908 консул в Астрабаде, с 20.11.1909 в Реште, в октябре 1910 - январе 1913 генеральный консул в Тавризе. С августа 1913 по август 1916 дипломатический агент и генеральный консул в Урге (Монголия). В 1915 со стороны России подписал тройственное соглашение с Монголией и Китаем об автономии Монголии.
Незадолго до Февральской революции, 13.06.1916 назначен политическим агентом в Бухарском ханстве (с 17.03.1917 - резидент). В марте 1917 инициатор и руководитель проекта реформ в Бухаре, не нарушающих статуса политической автономии ханства. В частности, административные функции политического агентства России были переданы бухарским революционному исполнительному комитету, за агентством оставлена только дипломатиченская часть, а само оно переименовано в резидентство. В телеграмме от 17.03.1917 на имя министра иностранных дел Миллер сообщал: «Для планомерного, без ущерба нашим политическим и экономическим интересам в стране, проведения этих реформ в жизнь необходимо, чтобы они не противоречили шариату и религиозным воззрениям массы туземного мусульманского населения, — чтобы они не нарушали автономии Бухары и чтобы осуществление реформ производилось всецело под нашим непосредственным контролем и руководством. Доложенные условия устранят вредное для нас иноземное влияние на бухарцев и обеспечат мирное проведение реформ в Бухарском ханстве. Главнейшие реформы суть: облегчение и равномерное распределение податей и повинностей, установление бюджета, контроль, в особенности над местными губернаторами-беками, цивильный лист эмира, городское самоуправление столицы и, где возможно, в других городах ханства, улучшение образования, устройство больших просветительных учреждений, увеличение наших почтово-телеграфных контор и наших культурных предприятий и развитие дорог».
Миллер убедил эмира Мухаммада Алим-хана издать манифест о реформах «на благо страны и народа в соответствии с предписаниями мусульманской веры и законоучения», что спровоцировало волнения, инспирированные мусульманским духовенством. По просьбе Миллера в Бухару были введены войска из Самаркандской области, в которых уже были сильны революционные настроения. На митингах в Бухаре с участием рабочих и солдат в апреле 1917 было принято решение отправить под домашний арест Миллера и 1-го секретаря резидентства Н.А. Шульгу как «контрреволюционеров». После прибытия в Бухару представителя Туркестанского комитета Временного правительства Преображенского Миллер и Шульга получили возможность выехать в Петроград.
За службу удостоен российских орденов, включая Св. Станислава 3-й степ. (16.05.1896), Св. Станислава 2-й степ. (6.06.1899), Св. Анны 2-й степ. (14.04.1902), Св. Владимира 3-й степ. (1914), а также орденов Бельгии, Бухары (Золотой Звезды 2-й степ., 8.03.1899) и Персии.
Во время гражданской войны вольноопределяющийся лейб-гвардии Егерского полка. В Вооружённых силах Юга России ВСЮР и Русской Армии до эвакуации из Крыма. Эвакуирован на корабле «Великий Князь Александр Михайлович». В эмиграции во Франции. Служил переводчиком в посольстве Афганистана. Член объединения лейб-гвардии Егерского полка. Дипломат С.В. Чиркин характеризовал Миллера как «человека очень умного и тактичного, с большим опытом работы в Средней Азии». Умер в Левалуа-Перре, под Парижем.
Автор работ по истории стран Востока, продолжал исследовательскую деятельность и в эмиграции. Состоял членом Союза ревнителей памяти императора Николая II. В 1926 и 1927 выступал с докладами на собраниях Русского общества изучения Востока в Париже. В 1927 председатель на собрании Общества ориенталистов.
