Сиенна Миллер начала свою карьеру как фотомодель. Она была лицом рекламной кампании Coca-Cola, моделью журнала Vogue, была представлена в престижном модельном проекте «Календарь Pirelli». C февраля 2009 года Сиенна представляет парфюмерию Hugo Boss, являясь лицом кампании Boss Orange для женской аудитории.
Дебют в кино Сиенны Миллер состоялся в 2001 году, в фильме «Южный Кенсингтон», где она сыграла вместе с Рупертом Эвереттом и Эль Макферсон. Далее были «Слоеный пирог», где Миллер работала на одной съемочной площадке с Дэниелом Крейгом, и «Казанова» Лассе Хальстрема, где партнерами Сиенны стали Хит Леджер, Джереми Айронс и Оливер Платт.
Настоящий успех Сиенне Миллер принес фильм «Factory Girl» (в русскоязычном прокате «Я соблазнила Энди Уорхола»), где она исполнила главную роль – актрисы Эди Сэджвик. В 2007 году актриса снялась в сказке «Звездная пыль», а в 2008 – в фильме «Запретная любовь». И здесь партнерами Сиенны стали актеры первого голливудского эшелона: Кира Найтли, Мишель Пфайфер, Роберт де Ниро, Питер О’Тул...
Сиенна Миллер была номинирована на призы Teen Choice Awards, Empire Awards и премию BAFTA.
Сиенна Миллер ведет гуманитарную деятельность, являясь послом Международного медицинского корпуса. С миссией она посещала Демократическую Республику Конго в 2009 году, и Гаити после землетрясения 2010 года.
