Miller nació en Hanover, Pensilvania.

En 1904 se graduó en la Universidad de Yale, donde en 1907 recibió un postgrado, y en 1915 su doctorado en física.

Entre 1907 y 1919 trabajó como físico para el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, siendo entonces un ingeniero de radio en el laboratorio de Radio de la Marina de los Estados Unidos (1919-1923) en Anacostia, Distrito de Columbia y posteriormente en el Naval Research Laboratory (NRL).

En 1940 regresó al NRL, donde llegó a ser superintendente de la división de Radio I (1945), director asociado de la investigación (1951) y administrador de investigación científica (1952).

Se casó con Frances Riley; la pareja tuvo siete hijos, cinco chicos y dos chicas.