Герард Фридрих Миллер родился 18 октября н. ст. 1705 года. в Герфорде (Вестфалия). Отец его был ректором местной гимназии, где Герард получил первоначальное образование. Затем будущий российский академик посещал Лейпцигский университет.
5 (16) ноября 1725 года Миллер приехал в Россию и был определен адъюнктом в только что основанную Академию наук и художеств. Поддерживаемый влиятельным Шумахером, он первые годы по приезде преподавал латинский язык, историю и географию в Академической гимназии, вёл протоколы академических заседаний и канцелярии (1728—1730), издавал «СПб. Ведомости» с «Примечаниями», рассчитанными на более обширный круг читателей.
В июле 1730 года Миллер назначен профессором Академии наук и художеств (контракт начался с 1 (12) января 1731 года), но лишился расположения Шумахера, с которым у него с тех пор возникла непримиримая вражда. С 1732 года он стал выпускать сборник статей, касающихся России: «Sammlung russ. Geschichte» (1732—1765, 9 т.). Это было первое издание, основательно знакомившее иностранцев с русской землей и её историей. Тем временем снаряжалась так называемая «Вторая Камчатская экспедиция», в которой по поручению академии принял участие и М.
Не попав в Камчатку, Миллер объездил главнейшие пункты западной и восточной Сибири в пределах: Березов-Усть-Каменогорск-Нерчинск-Якутск (31 362 версты пути) и тщательно перерыл местные архивы, открыв, между прочим, сибирскую летопись Ремезова. Десятилетнее (1733—1743) пребывание в Сибири обогатило Миллера массой ценных сведений по этнографии инородцев, местной археологии и современному состоянию края. Особенно важна была вывезенная Миллером громадная коллекция архивных документов, и если сам он использовал только ничтожную часть их, то в течение полутораста лет они служили и продолжают служить доныне важным подспорьем для отдельных учёных и целых учреждений. Князь М. М. Щербатов, Голиков, Словцов, Новиков для «Древней Российской Вивлиофики», граф Румянцев для «Собрания Государственных Грамот и Договоров», археографическая комиссия и др. многим обязаны М. В Санкт-Петербург Миллер вернулся в самый разгар академических интриг и, кроме Шумахера, нажил себе другого непримиримого врага — в Ломоносове.
После возвращения в Санкт-Петербург из Камчатки и Сибири, Мюллер написал историю российских исследований. Французское издание его работы (фр. Voyages et decouvertes faites par les Russes le long des cotes de la mer Glaciale &sur l'ocean oriental) помогло довести до широкой аудитории Европы информацию о российских исследованиях.
В 1747 году Миллер принял русское подданство и 20 ноября (1 декабря) назначен историографом Российского государства. В 1749 году имел большую неприятность по поводу речи, приготовленной им для торжественного заседания Академии: «Происхождение народа и имени российского». Некоторые из академиков (Ломоносов, Крашенинников, Попов) нашли её «предосудительной России». Миллер обвинялся в том, что «во всей речи ни одного случая не показал к славе российского народа, но только упомянул о том больше, что к бесславию служить может, а именно: как их многократно разбивали в сражениях, где грабежом, огнем и мечом пустошили и у царей их сокровища грабили. А напоследок удивления достойно, с какой неосторожностью употребил экспрессию, что скандинавы победоносным своим оружием благополучно себе всю Россию покорили».
Горячность и нетерпимость, с какой принята была теория скандинавского происхождения варягов-основателей русского государства, значительно объясняется тогдашними политическими отношениями России к Швеции. Речь, уже напечатанная, была уничтожена, но появилась в 1768 году в «Allgemeine historische Bibliothek» (т. IV) под заглавием: «Origines Rossicae».
6 (17) октября 1750 года Миллер за ссору с Ломоносовым был разжалован, на год, президентом Императорской Академии наук и художеств, графом К. Г. Разумовским из профессоров в адъюнкты Академии и понижением жалованья с 1000 руб. до 860 руб. в год. Скоро, однако, Миллер был прощён, под условием предварительно подать прошение о прощении. Сам Миллер, впрочем, далеко не всегда оказывался безупречным в своих отношениях к сочленам.
В 1750 году он напечатал первый том «Описания Сибирского царства» — «первый правильный учёный труд по сибирской истории» (Пыпин). 2-й том увидел свет лишь в отрывках, напечатанных в «Sammlung russisch. Geschichte» и «Ежемесячных Сочинениях». М. очень медлил работой, и академия поручила продолжение её академику Фишеру. «Sibirische Geschichte» последнего (СПб., 1768; русский перевод, СПб., 1774) не есть, однако, продолжение, а лишь сокращённый пересказ сочинения Миллера (как напечатанного, так и остававшегося ещё в рукописи). Работу Фишера Бюшинг считал простым плагиатом. С 1754 года в звании конференц-секретаря Академии Миллер вёл обширную переписку с заграничными учёными, вызывает профессоров для московского университета.
В 1755—1765 годы Миллер редактировал «Ежемесячные Сочинения, к пользе и увеселению служащие» — первое периодическое учёно-литературное издание на русском языке. В нём участвовали все современные писатели, пользовавшиеся известностью; сам Миллер поместил там много статей, касающихся Сибири. Из числа собственно исторических трудов Миллера, кроме «Origines Rossicae», главнейшие: «О летописце Несторе» («Ежемесячные Сочинения», 1755), «Известие о запорожских казаках» (ibid., 1760), «О начале Новгорода и происхождении российского народа» (ibid., 1761 и в «Samml. russ. Gesch.») и «Опыт новой истории о России» (ibid.). Хотя «Нестор» М. есть лишь повторение и развитие мыслей, высказанных ещё раньше Татищевым, но так как труд последнего («История Российская», т. I) появился лишь в 1768 году, то положения М. (автор первоначальной летописи — Нестор; у Нестора были предшественники; указаны продолжатели) имели значение новизны; собственно с них начинается история научного знакомства с русскими летописями. Напуганный судьбой своей речи 1749 года, М. в 1761 году проводит мысль, что основатели русского государства были роксолане с Балтийского моря. Позже, в сочинении «О народах, издревле в России обитавших» (B?sching’s «Magazin», XV; русский перевод, СПб., 1773), он указал на присутствие варяжского элемента на юге. В «Опыте новой истории о России» автор хотел продолжать Татищева, но Ломоносову не нравилось, что М. занимался исследованиями о «смутных временах Годунова и Расстриги — самой мрачной части российской истории», и ему удалось добиться прекращения этого труда. М. принимал участие в составлении Вольтером «Histoire de l’empire de Russie sous Pierre le Grand», сообщением материалов и своих замечаний.
В 1765 году М. был назначен главным надзирателем Московского Воспитательного дома, с оставлением при Академии наук и художеств в звании историографа, а через год определен начальником Московского архива Коллегии иностранных дел (ныне Московский главный архив министерства иностранных дел). Пораженный параличом (1772 год), М. продолжал неустанно работать до самой смерти (11 (22) октября 1783 года). Московский период в жизни М. ознаменован изданием таких ценных памятников и трудов русских учёных, каковы: Судебник царя Ивана Грозного, Степенная книга, «Письма Петра Великого графу Б. П. Шереметеву», «Ядро Российской истории» (Манкеева), «История Российская» (Татищева), «Географический словарь» (Полунина), «Описание Камчатки» (Крашенинникова). В «Опыте трудов вольного российского собрания» (IV, V) М. поместил ряд статей о рождении, воспитании, воцарении и короновании Петра Великого, об учреждении первых гвардейских полков. Назначая М. в архив иностранной коллегии, императрица Екатерина поручила ему составить «Собрание русской дипломатики» по примеру Дюмона. Старик не мог уже сам много сделать, но он подготовил учеников; в его школе выработался такой прекрасный архивист и учёный издатель, как Н. Н. Бантыш-Каменский.
После смерти Миллера осталась коллекция автографов и рукописей (в 258 портфелях), важных для изучения истории, этнографии, статистики и промышленности России и в частности Сибири.