Родился 4 августа 1833 г. в Гапсале и был окрещен по лютеранскому обряду, с именем Оскар. Трёх лет остался круглым сиротой и был взят на воспитание нежно любившей его женой дяди, русской по происхождению. Ему дали превосходное домашнее образование. Детство и юность его прошли в Вильно и Варшаве. Столкновения национальностей и вер наводили рано развившегося мальчика на размышления о преимуществах той или другой религии; раннее путешествие за границу тоже содействовало выработке определенного мировоззрения. Под влиянием жившего тогда в Вильно архимандрита Платона, впоследствии митрополита киевского, оно склонилось в сторону православия, к которому Миллер вполне сознательно присоединился 15-ти лет от роду. После вторичного путешествия за границу, Миллер в 1851 г. блестяще выдержал вступительный экзамен в Санкт-Петербургский университет и поступил на историко-филологический факультет. В 1855 г. он окончил курс кандидатом и стал готовиться к магистерскому экзамену. Он уже заявил себя тогда в печати стихотворением «На смерть Жуковского» в «Северной Пчеле» (1852 г.), патриотической драмой «Подвиг матери», которая в 1854 г. была поставлена в Михайловском театре и по настроению времени имела успех, исторической драмой в стихах «Конрадин» и печатавшимися в Журнале Министерства народного просвещения «Историческими очерками поэзии».
Научная и педагогическая деятельность Миллера подробно изложены ниже.
Умер Миллер от разрыва сердца 1 июня 1889 г.
Упомянутые выше «Исторические очерки поэзии» вошли в диссертацию Миллера «О нравственной стихии в поэзии на основании исторических данных» (СПб., 1858). Чисто научные достоинства диссертации были весьма малы. Уже самый выбор задачи — обозреть в небольшом исследовании (294 стр.) руководящие идеи литературы всех времен и народов, начиная с древнеиндийской — вёл к поверхностности и предвзятости. Материал магистрант брал не из первоисточников, а из руководств и пособий и, по преимуществу, из книги гегельянца Розенкранца «Die Poesie und ihre Geschichte» — книги устаревшей и по материалу, и по стремлению к отысканию абсолютных мерок. В конце 1850-х гг. в науке уже прочно установилось сознание, что нельзя судить с позднейшей точки зрения явления предыдущих эпох; Миллер же, следуя методу Розенкранца, не только рассматривал, но и судил, и раздавал аттестации дохристианским литературам с точки зрения христианства. Не обинуясь, например, он объявлял греческую мифологию и литературу безнравственными. Не в отсутствии исторической точки зрения лежала, однако, причина неудовольствия, возбужденного книгой Миллера. Научные недостатки её, главным образом её ложное отношение к народному эпосу, были указаны А. А. Котляревским в «Атенее», но публика не читала этой рецензии малораспространенного журнала. Имя Миллера стало притчей во языцех после необыкновенно резкой рецензии Добролюбова в «Современнике» («Сочинения», т. II). Добролюбов почти не коснулся научной стороны диссертации; он сосредоточил своё негодование на общественном её значении, на её проповеди аскетического самоотвержения и подавления своей личности.
Эта проповедь в устах Миллера была выражением его истинно-благородной натуры и пророческой программой всей его остальной жизни, полной действительного самоотвержения и ограничения до минимума своих личных потребностей. Но прекрасные качества духовной личности Миллера стали общеизвестными только много лет спустя, когда студенты разнесли повсюду рассказы об идеальной доброте этой «евангельской души». Добролюбов ничего не знал о Миллере лично; он судил только автора слабой диссертации, стиль которой, вследствие недостатка таланта, превратил искреннее воодушевление автора в риторическую надутость. Ему показалось, что он имеет дело с карьеристом себе на уме, фарисейски говорящим о самоотречении, чтобы под этим флагом провести молчалинство и угодливое преклонение перед авторитетом. Добролюбов с ужасом предвидел, что когда-нибудь этот «проповедник умеренности и аккуратности» займет кафедру и с высоты её будет провозглашать принципы, следовать которым значило бы «напрасно позорить своё существование». Ошеломляющая рецензия «Современника» является одним из важнейших событий в жизни Миллера. При огромном распространении сочинений Добролюбова и почти полном незнакомстве с писаниями Миллера, ютившимися в самых нераспространенных изданиях, все, вплоть до середины 1870-х гг., имели представление о Миллере только по этой рецензии. В первые годы после её появления от мнимого ретрограда и гасильника буквально отворачивались при встречах; ни один журнал не принял его возражений на рецензию. Когда ему в 1859 г. предложили прочитать в зале 2-й гимназии публичную лекцию по случаю юбилея Шиллера, он сам поставил условием, чтобы на входных билетах не было его имени. Только 5 лет спустя учебное начальство, в то время очень чувствительное к общественному мнению, с большой неохотой согласилось утвердить его приват-доцентом Санкт-петербургского университета, а сам лектор всходил на кафедру с опасением, что молодежь его освищет.
Изучение народной словесности сделало Миллера убежденным приверженцем славянофильства, но славянофильства в его первоначальном, идеалистическом виде, свободном от казенного патриотизма. Если Миллер с восторгом относился к древней Руси, то потому, что видел в ней господство общинного духа, «народосоветие» и торжество истинно христианских начал. Он молитвенно относился к реформам Александра II, мотивируя своё благоговение формулой адреса старообрядцев: «в твоей новизне старина наша слышится». На точку зрения старого славянофильства и его любви к свободе становился Миллер и в своей очень видной деятельности по славянскому комитету. Энергичный член совета, в 1870-х гг. даже товарищ председателя, Миллер мало подходил к общему составу этого общества; его терпели, потому что он был популярный оратор, привлекавший на общие собрания большую публику, и притом публику необычную, равнодушную или даже враждебную к общему направлению комитета, но отзывчивую к искреннему призыву Миллера братски прийти на помощь угнетенным единоплеменникам. Речи и статьи его по славянскому вопросу собраны в книге «Славянство и Европа» (СПб., 1877). Главный тезис её: «Общинность и равноправность — вот она славянская правда». Верный этому девизу, Миллер никогда не превращал славянофильство в русофильство и даже в польском вопросе радикально расходился с Катковым: его защиту «реальных интересов» России Миллер считал «грубым материализмом». Отношение Миллера к Каткову лучше всего, вообще, характеризует коренное отличие мировоззрения Миллера от патриотизма известного пошиба. Направление «Московских Ведомостей» всегда было глубоко несимпатично гуманному профессору; он никогда не стучался в двери катковских изданий, хотя его там очень охотно печатали бы, а он очень нуждался в органе, где бы помещали его статьи. Желание разграничить славянофильство от Каткова было причиной тяжелого удара, постигшего Миллера незадолго до смерти. Когда Катков летом 1887 г. умер, Миллер одну из первых же лекций осеннего семестра 1887 г. посвятил «Славянофилам и Каткову», в которой резко охарактеризовал стремление Каткова «свести Россию с пути освобождения её народных и общественных сил». Появление лекции в «Русском Курьере» (1887, № 267) повело за собой отставку Миллера, которого около этого же времени подверг систематическому преследованию «Гражданин».
С выходом в 1870 г. докторской диссертации научная деятельность Миллера практически заканчивается (не идет дальше рецензий и небольших заметок). В 1870-х и 1880-х гг. Миллер главным образом посвящает свою литературную деятельность работам критического характера. В ряду их наибольшей известностью пользуются «Русские писатели после Гоголя», первоначально составившиеся из прочитанных в 1874 г. с большим успехом публичных лекций. «Русские писатели» выдержали 4 все разраставшихся издания. Последнее (1890) рассматривает произведения Тургенева, Достоевского, Гончарова, Писемского, Салтыкова, Толстого, Сергея Аксакова, Мельникова и Островского. Успех этой книги по преимуществу объясняется отсутствием у нас систематических обозрений новейшей русской литературы, сами же по себе достоинства книги невелики. Критическим талантом Миллер не обладал; писал он, при всей своей искренности и душевной теплоте, вяло и бледно, а главное, не было у него самостоятельной точки зрения на разбираемых писателей и в каждом этюде он подчинялся одному какому-нибудь властному критику. Этими руководителями были то Страхов, то Аполлон Григорьев, а то и Добролюбов. Разбирает Миллер наших корифеев, совершенно оставляя в стороне их непосредственно литературные достоинства и рассматривая исключительно общественное содержание и значение их произведений. Всего больше преклоняется он (в позднейших изданиях) перед Достоевским. В сфере новейшей русской литературы Миллер принадлежит также множество разбросанных по разным журналам этюдов об Алексее Толстом, Майкове, Полонском, Гаршине, Надсоне, Мережковском, Минском, Щеглове и др. и отдельная книжка «Глеб Ив. Успенский. Опыт объяснительного изложения его сочинений» (СПб., 1889).
Лучшая часть духовного наследия Миллера — память о нём как о профессоре и самоотверженном друге университетской молодежи. Заняв в 1863 г. кафедру (до 1870 г. в качестве доцента), он явился на ней одним из виднейших представителей того типа профессоров - учителей правды, во главе которых стоит Грановский. Не ударяясь в узкую и сухую специализацию, он в своих лекциях сумел соединить содержательность со стремлением провести в сознание слушателей начала истинного человеколюбия и продуманной любви к родине и народу. Курсы его были всего менее банальны. Он первый стал останавливаться с особенной подробностью на народной литературе, первый вводил в свои курсы и литературу раскольничью, которую до него профессора словесности совсем игнорировали. Из явлений древнерусской духовной жизни он особенно выдвигал такие эпизоды, как, например, борьба между суровыми формалистами-последователями Иосифа Волоцкого и проникавшими в суть христианского учения «заволжскими старцами». Лектор Миллер был блестящий, хотя и в приподнятом стиле; слушать его часто собирались студенты со всех факультетов. Практическая деятельность Миллера на пользу студентов беспримерна и стоит совершенно особняком. Главный деятель и основатель общества вспомоществования студентам Санкт-Петербургского университета, он отдавался ему с полным забвением своих собственных интересов. Дверь его квартиры в течение всего дня была открыта для всех нуждающихся; он никогда не сердился, от какой бы спешной работы его ни отрывали, и всегда с той же сердечной ласковостью выслушивал просителей. Помогал он всеми способами: и хлопотами в разных учреждениях, и приисканием занятий, и пристраиванием рукописей в редакциях, и писанием рекомендательных писем, а чаще всего деньгами. Он твердо держался правила: лучше дать десяти недостойным, чем отказать одному достойному. Доброта его была всем известна, ей широко пользовались и злоупотребляли; часто он совершенно истощал свои скромные, но для одинокого человека всё-таки немалые средства. В этих случаях, не имея фактической возможности помочь, он глубоко страдал. Сохранился рассказ, как в одну из таких минут безденежья он дал совершенно незнакомому ему студенту-просителю для заклада свой профессорский фрак.