Хиппи Хиппи Шейк /Hippie Hippie Shake ... Louise Ferrier
Охотник на лис (2013) Foxcatcher ... Nancy Schultz
Дело в тебе (2013) A Case of You
Совсем как женщина (2012) Just Like a Woman ... Marilyn
Девушка (ТВ, 2012) The Girl ... Tippi Hedren
Желтый (2012) Yellow ... Xanne
Мой Йорк (2012) Nous York ... La star / The Movie Star
Два Джека (2012) Two Jacks ... Diana
Бросок кобры (2009) G.I. Joe: The Rise of Cobra ... Ana / Baroness
Comic Relief 2009 (ТВ, 2009)  ... Sophie
Запретая любовь (2008) The Edge of Love ... Caitlin Thomas
Маленький Вук (2008) Kis Vuk ... Darcey, озвучка
Тайны Питтсбурга (2008) The Mysteries of Pittsburgh ... Jane Bellwether
Медовый месяц Камиллы (2008) Camille ... Camille Foster
Звездная пыль (2007) Stardust ... Victoria
Интервью (2006) Interview ... Katya
Я соблазнила Энди Уорхола (2006) Factory Girl ... Edie Sedgwick
Казанова (2005)  Casanova ... Francesca
Красавчик Алфи, или Чего хотят мужчины (2004) Alfie ... Nikki
Слоеный торт (2004) Layer Cake ... Tammy
The Ride (2003)  ... Sara
Кин Эдди (сериал, 2003 – 2004) Keen Eddie ... Fiona Bickerton
Максимальная скорость (2002) High Speed ... Savannah
Bedtime (сериал, 2001 – 2003)  ... Stacey

Родители Сиенны, отец Эдвард Миллер — банкир, мать Джозефин Миллер — родом из ЮАР. У Сиенны также есть родная сестра Саванна . Когда Сиенне было 6 лет её родители развелись, мать Джо работала секретарем у Дэвида Боуи и руководила актёрской школой Ли Страсберга в Лондоне; отец Эд, бывший банкир, а теперь торговец произведениями искусства, снова женился, на этот раз на гуру дизайна интерьеров Келли Хоппен, и снова развелся. Сиенна вместе с мамой переехала в Англию, где училась в пансионе для девочек в городе Эскот, графство Беркшир. В 18 лет переехала обратно в Нью-Йорк, где в течение года посещала актёрскую студию Ли Страсберга.
С 16 лет Сиенна Миллер начала работать фотомоделью. В 2002 году в Лондоне Сиенна снялась в независимой картине «The Ride» (также известной под названием «Joy-Rider»). В 2004 году Сиенна сыграла небольшую роль роль Тэмми в гангстергском фильме «Слоёный торт». Съёмки для Сиенны продлились всего пять дней. В январе 2006 года Сиенна подписала контракт с английской компанией «Pepe Jeans» на выпуск собственной линии джинсовой одежды и аксессуаров под названием «2812». Название «2812» расшифровывается как дата рождения Сиенны. В 2005 году она сыграла в фильме «Казанова» вместе с Хитом Леджером. В 2007 году на экраны вышел фильм-сказка, экранизация фантастического романа Нила Геймана «Звёздная пыль», в котором Сиенна исполнила роль Виктории. Также Сиенна снималась в драме режиссёра Бибан Кидрон «Хиппи Хиппи Шейк» по мотивам мемуаров Ричарда Невилла, где она играет роль Луизы Ферье. Премьера состоялась в 2008 году.
В 2004 году во время кастинга для фильма «Красавчик Алфи, или Чего хотят мужчины» Сиенна познакомилась с британским актёром Джудом Лоу, через некоторое время они объявили о своей помолвке. Но в августе 2005 года они расстались после того как стало известно, что Джуд изменил Сиенне с няней своих детей от первого брака.  В ноябре 2009 года Сиенна возобновила отношения с Джудом. Однако, в феврале 2011 года пара вновь рассталась. C 2011 года Сиенна встречается с актёром Томом Старриджем. У пары есть дочь — Марлоу Оттолайн Лейнг Старридж, рожденная  7 июля 2012.