Внук бондовского «мистера М» Бернарда Ли, сын актеров и однокашник Джуда Лоу по Национальному молодежному музыкальному театру, Ли Миллер нечасто появляется на сцене. В 1999 году он сыграл одного из квартета рыцарей-убийц Томаса Бекета в премьерной постановке исторического пастиша Пола Коркорана «Четыре ночи в Нерсбро» в лондонском Tricycle Theatre. В 2004-м Ли Миллер дебютировал на Бродвее в главной роли Кристиана в пьесе Дэвида Элдриджа по мотивам фильма Винтерберга «Торжество» (Festen, 1998), а через пять лет вернулся на Бродвей ролью в спектакле «После мисс Джули» – адаптации стриндберговской «Фрёкен Юлии», осуществленной Патриком Марбером.
Куда лучше, чем своими театральными работами, Ли Миллер известен как киноактер и телезвезда. Его самые значительные кинороли случились под руководством Дэнни Бойла («На игле», Trainspotting, 1996; «Т2 Трейнспоттинг», Trainspotting 2, 2017), Джейка Скотта («Планкетт и Маклейн», Plunkett & Macleane, 1999) и Нила Джордана («Византия», Byzantium, 2012). В 2003 году он сыграл лорда Байрона в телефильме по сценарию Ника Дира («Байрон», Byron), а по-настоящему зазвучал на малом экране уже в десятых: сперва, в качестве гостевой звезды в пятом сезоне «Декстера» (Dexter, 2006-2013), затем – в главной роли осовремененного Холмса в сериале CBS «Элементарно» (Elementary, 2012).