Сиенна Миллер родилась в Соединенных Штатах Америки в Нью-Йорке 28 декабря 1981 года. Отец Сиенны — банкир, мать, уроженка ЮАР, – руководитель актерской школы. У Сиенны есть родная сестра. Родители Миллер развелись, когда ей было шесть лет. Мать Сиенны в то время работала секретарем у Дэвида Боуи в Лондоне, а отец женился на дизайнере Келли Хоппен. Миллер вместе с матерью переехала в Англию, где ее отдали в пансион для девочек «Эскотее» графства Беркшир. В 18-летнем возрасте Сиенна Миллер вернулась в родной Нью-Йорк, где год проучилась в актерской школе Ли Страсберга.С 16 лет Сиенна работала фотомоделью. В 2002 году она дебютировала как актриса в независимом фильме The Ride. В 2004 году девушка исполнила эпизодическую роль Тэмми в картине «Слоеный пирог». В 2006 году Сиенна Миллер заключила контракт с компанией Pepe Jeans и стала выпускать собственную линию джинсовой одежды «2812» (дата рождения Сиенны).

В 2005 году актрису пригласили сняться в фильме «Казанова», где ее партнером стал Хит Леджер. В 2007 году она исполнила роль Виктории в картине  «Звездная пыль». В 2008 году Сиенну Миллер пригласили на роль Луизы Ферье в картину «Хиппи Хиппи Шейк». В 2004 году на кастинге к фильму «Красавчик Алфи или Чего хотят мужчины» Сиенна познакомилась с актёром Джудом Лоу, с которым вскоре у них состоялась помолвка. В 2005 году пара рассталась из-за того, что Джуд Лоу изменил Сиенне Миллер, но в 2009 году они снова сошлись. Одними из последних картин, в которых снялась Сиена Миллер, являются «Тайны города» 2007 года, «Запретная любовь» 2008 года, «Бросок кобры» 2009 года и «Женщина не стоящая внимания» 2010 года.