Arthur Miller zette zijn eerste stappen in de filmwereld als kindacteur, op 13-jarige leeftijd speelde hij al figurantenrolletjes in westerns. In een volgende fase van zijn carrière deed hij ervaring op als labtechnicus en assistent-cameraman (voor regisseur Edwin S. Porter). Voor Louis Gasnier mocht hij voor The Perils of Pauline (1914) zelf de camera bedienen om dan In 1918 volwaardig Director of photography te worden. De eerste acht jaar werkte hij bijna exclusief voor George Fitzmaurice.

Arthur Miller was een cameraman die niet op de spreekwoordelijke automatische piloot films in beeld bracht, Miller durfde al eens afwijken van wat gebruikelijk was, iets nieuws proberen ook. De manier waarop hij Shirley Temple in beeld bracht bijvoorbeeld door haar te belichten van achter is hier maar één voorbeeld van. Hij kreeg hiervoor heel wat waardering van mensen in de business. Ook zijn camerawerk voor The Rains Came zorgde er voor dat de moessonregens op een bijzondere, indrukwekkende manier in beeld werden gebracht.

Zijn experimenten met zijn Brownie-camera waarbij hij voorbijrijdende brouwerswagens fotografeerde was zijn manier om gestalte te geven aan zijn passie voor fotografie en later camerawerk. De foto's die hij hierbij nam verkocht hij overigens steevast door aan de geïnteresseerde eigenaars !

In New York richtte hij na een tijd zijn eigen firmaatje op dat zo succesvol was dat men al gauw verhuisde naar Hollywood.

John Ford was zijn meest geliefde regisseur.

Zijn carrière kwam in 1951 abrupt tot een einde wanneer tuberculose werd vastgesteld. De ziekte sloot veel uit maar niet alles want kort na de diagnose werd hij voorzitter van de A.S.C., de American Society of Cinematographers.

Arthur Miller wordt soms ook vermeld als Arthur C. Miller.