Wentworth Miller pousse son premier cri en Grande-Bretagne, mais c'est de l'autre côté de l'Atlantique qu'il grandit, dans le quartier new-yorkais de Brooklyn. Diplômé en littérature de la prestigieuse Université de Princeton, il s'installe à Hollywood en 1995 en travaillant pour une petite société de production. Il fait ses débuts devant la caméra trois ans plus tard dans un épisode de la saison 2 de Buffy contre les vampires (1998). Après de nouvelles apparitions dans Popular et Urgences (2000), l'acteur connaît son premier grand rôle dans la mini-série fantastique Dinotopia (2002).

Wentworth Miller fait un détour par le grand écran en 2003 dans Underworld, suivi de La Couleur du mensonge où il joue le personnage d'Anthony Hopkins en plus jeune. Retour aux séries en 2005 avec une incursion dans Le Monde de Joan avant de faire des frayeurs à Jennifer Love Hewitt qui parle pour la première fois aux morts de Ghost Whisperer. Sa nouvelle série, Prison Break, débarque sur la Fox à la rentrée 2005. Le succès immédiat offre la consécration à l'acteur de 33 ans qui y tient le premier rôle. Il incarne Michael Scofield, un brillant ingénieur qui se fait incarcérer volontairement pour faire évader son frère (Dominic Purcell) qui attend son exécution pour un crime qu'il n'a pas commis.