Родился 2 июня 1972 года в английском городе Чиппинг-Нортон. Мальчик появился на свет в семье учительницы Джой Мари и юриста и педагога Вентворта Эрла Миллера Второго. Во время его появления на свет отец только еще проходил обучение в Оксфорде. Вентворт унаследовал от родителей целую палитру кровей. По материнской линии он принадлежал к русским, французским, сирийским, голландским и ливанским корням, а по отцовской – принял ямайские, сомалийские, немецко-еврейские, индейские и британские корни. Вскоре после рождения сына семья переехала в Нью-Йорк, но в будущем актер предпочел сохранить двойное гражданство. Помимо Вентворта родители воспитывали двух его сестер Ли и Джиллиан. В Бруклине мальчик поступил в среднюю школу Midwood, где принимал участие в ежегодной музыкальной постановке SING!, популярной в среде бруклинских учебных заведений. Позднее семья переехала в Алеппо, Пенсильвания, где в 1990 году Вентворт поступил в школу Valley High. После этого успешно поступил в Принстонский университет, который окончил со степенью бакалавра в области английской литературы. В студенческие годы будущий актер много выступал в составе капеллы Princeton Tigertones, давая волю своим вокальным талантам. В 1995 году Миллер переехал в Лос-Анджелес. Молодой человек твердо решил, что его будущее – это актерская карьера, и настало время что-то предпринять, чтобы добиться желаемого. Первое появление на телеэкране произошло в 1998 году, где он сыграл роль монстра в молодежном мистическом телесериале «Баффи – истребительница вампиров», с Сарой Мишель Геллар в главной роли. Первой главной ролью Миллера стала работа в фэнтезийном мини-сериале «Динотопия», совместно снятом Walt Disney Television и Hallmark Entertainment в 2002 году, и удостоенному премии «Эмми». В 2003 году Вентворту удалось получить одну из главных ролей в триллере Роберта Бентона «Запятнанная репутация», где помимо Миллера роли исполнили Энтони Хопкинс и Николь Кидман. Картина была основана на романе лауреата Пулитцеровской премии Филипа Милтона Рота, и позволила по-настоящему раскрыться актерскому таланту Миллера. Фильм был показан на Венецианском кинофестивале, а также получил почетную номинацию на «Оскар». Затем актер исполнил роль в фантастическом боевике Лена Уайзмана «Другой мир». А в 2005 году Вентворт был выбран на главную роль в драматическом телесериале студии «Fox Broadcasting Company» «Побег». Ему досталась роль младшего из двух братьев Майкла Скофилда, специально организовавшего собственное тюремное заключение с целью последующего побега вместе с находящимся за решеткой старшим братом. Сериал получил широкое признание у зрителей и критиков, а также был номинирован на целый ряд престижных наград, включая «Золотой глобус».
Помимо съемок в кино актер принимает активное участие в работе над рекламными роликами и музыкальными видеоклипами популярных исполнителей.
