Sienna Rose Miller nació el 28 de diciembre de 1981 en Nueva York, aunque cuando no tenía ni dos años se fue a Londres. Cuando cumplió 18 años, volvió a Nueva York y se inscribió en la Academia de Arte de Lee Strasberg. En el año 2001 debutó en 'South Kensington' y más tarde consiguió un papel recurrente en la serie 'Keen Eddie'.
Al principio empezó a trabajar como modelo fotográfica con Tandy Anderson, y fue modelo para marcas como Coca-Cola, Vogue Italia, Prada y posó en topless en el Calendario Pirelli 2003. En 2004 consiguió un papel en la película 'Alfie', aunque era secundario. En ese momento conoce al actor Jude Law y en esa navidad se comprometieron, pero en julio de 2005 se separaron.
Por otro lado, ese mismo año fue portada de la revista British Vogue. Más tarde firmó on contrato con Pepe Jeans London. En 2005 consiguió un papel protagonista junto a Heath Ledger en la película de época 'Casanova'. Un año después protagonizó 'Factory Girl', una película basada en la vida de Edie Sedgwick
Posó para la revista Vanity Fair en topless y fumando un cigarrillo y volvió a ser tapa de la revista British Vogue. En 2007 fue tapa de la revista U.S. Vogue y protagonizó 'Interview' dirigida por Steve Buscemi. Su actuación le valió una nominación como mejor actriz en los Independent Spirit Awards de ese año. También formó parte del reparto de la película de fantasía épica 'Stardust' junto a Michelle Pfeiffer y Robert De Niro. En 2007 empezó a salir con el actor Rhys Ifans, comprometiéndose en 2008, aunque más tarde terminaron.
En 2008, Miller apareció en 'The Mysteries of Pittsburgh' y 'En el límite del amor'. En junio de 2008, Miller tuvo una relación muy publicitada con el actor Balthazar Getty pero lo dejaron al año siguiente, cuando comenzó a salir con el DJ George Barker para dejarlo al poco tiempo. En 2009 trabajó en la adaptación de G.I. Joe, 'G.I Joe: El origen d e Cobra'. El mismo año, Miller protagonizó la parodia de la película de 'Mamma Mia!', 'Comic Relief'. Fue en ese momento cuando se anunció que ella y Jude Law habían vuelto aunque terminaron en 2011. En 2010 aparece en la película 'Hippie Hippie Shake'. En febrero de 2011 Sienna empezó a salir con el actor británico Tom Sturridge y en 2012 se anunció que habían tenido su primer hijo llamada Marlowe. En 2012 aparece en 'Theatre Royal Haymarket'. En 2012 hizo cinco películas, todo un récord. Entre ellas está la película hecha para televisión 'The Girl', por la cual obtuvo su primera nominación a los Globos de Oro en la categoría Mejor Actuación de una Actriz en una Mini-Serie o Película hecha para la televisión.
En 2013 Miller co-protagonizó 'A Case of You' junto a Justin Long y Evan Rachel Wood. En 2014 formó parte del 'Foxcatcher', un film dramático dirigido por Bennett Miller y protagonizado por Steve Carell, Channing Tatum y Mark Ruffalo. Más tarde ha hecho 'American Sniper', 'Black Mass', 'Una buena receta', 'Unfinished business', 'The lost city of Z' y 'Live of night'.
No solo ha destacado en el mundo de la moda como modelo, sino también como diseñadora. En 2006 diseñó una cápsula de moda para Pepe jeans y contó con la colaboración de su hermana Savannah Miller.
