Orlando Magic (2000-2003)Edit
A következő nyáron Millert a 2000-es NBA draft ötödik helyén választotta az Orlando Magic. Miller 2001-ben elnyerte az NBA Év Újonca díjat, miközben az egyetlen elsőéves játékos volt, aki a 2000-01-es szezonban mind a 82 alapszakasz-mérkőzésen pályára lépett (62-t kezdett), melyeken 11,9 pontot és 4,0 lepattanót átlagolt meccsenként, miközben 40,7%-kal dobott hárompontosból.
Memphis Grizzlies (2003-2008)Edit
A 2002-03-as NBA-szezon közepén elcserélték a Memphis Grizzlieshez. A 2005-06-os szezonban elnyerte az NBA Év Hatodik Embere díját. Átlagosan 13,7 pontot 5,4 lepattanót 2,7 asszisztot szerzett, miközben 47%-kal dobott mezőnyből és 41%-kal hárompontosból, miközben 30,6 percet játszott meccsenként.
2007. január 3-án Miller kilenc hárompontost dobott a Golden State Warriors elleni győzelem során, ezzel megdöntötte Sam Mack Grizzlies franchise-rekordját, amely 1999 februárjában egy meccsen elért nyolc pont volt. Az előző két mérkőzésen Miller hét hármast dobott. Ezzel ő lett az első NBA-játékos, aki három egymást követő mérkőzésen legalább hét hárompontost dobott, mióta a Dallas Mavericks George McCloudjának ez 1996-ban sikerült. Miller tartja a Memphis Grizzlies franchise-rekordját az egy mérkőzésen dobott legtöbb pont tekintetében: 2007. február 21-én, a Golden State Warriors ellen 45 pontot szerzett. A 2006-07-es NBA-szezon után Millert az USA kosárlabda-válogatott tagjaként jelentették be.
Minnesota Timberwolves (2008-2009)Edit
2008. június 26-án Miller, Brian Cardinal, Jason Collins és a 2008-as NBA-draft 5. választottja, Kevin Love a Minnesotához került, cserébe Marko Jarićért, Antoine Walkerért, Greg Bucknerért és a 3. választott O. J. Mayóért. Miller karrierje egyetlen Timberwolves-szezonjában 4,5 asszisztot átlagolt meccsenként, de 9,9 pontot meccsenként.
Washington Wizards (2009-2010)Edit
2009. június 23-án Miller és Randy Foye a Washington Wizardshoz került Oleksiy Pecherovért, Etan Thomasért, Darius Songailáért és a 2009-es NBA draft 5. választottjáért. Miller vállsérülést szenvedett, és a 2009-10-es NBA-szezon elején kihagyott néhány mérkőzést. 54 mérkőzésen 10,9 pontot átlagolt meccsenként, ami az utolsó kétszámjegyű pontátlaga volt egy szezonban, de 48,0%-os hárompontos pontossággal második volt a ligában.
Miami Heat (2010-2013)Edit
2010. július 15-én Miller ötéves, 25 millió dolláros szerződést írt alá a Miami Heathez. Az előszezonban megsérült a hüvelykujja, miközben LeBron James-t védte az edzésen, így több hétre kiesett a pályáról. Miller hivatalosan 2010. december 20-án, a Dallas Mavericks elleni hazai mérkőzésen tért vissza a Miami Heat keretébe. Miller 2011. január 22-én, Dwyane Wade betegsége miatt kapott először kezdőcsapatot, és 32 pontos szezoncsúccsal járult hozzá a Toronto Raptors elleni győzelemhez. Miller a rájátszás során mindössze 2,6 pontot átlagolt meccsenként 12 perc alatt, a Chicago Bulls elleni 4. mérkőzésen 12 pont volt a legjobbja. Miller karrierje első NBA-döntős szereplését a 2011-es NBA-döntőben érte el, amelyet a Heat 4-2-re elveszített a Mavericks ellen.
A következő szezonban, 2012. január 18-án Miller hatból hat hárompontosból hatot dobott a San Antonio Spurs elleni győzelem során, és 18 ponttal fejezte be a Heatbe való visszatérését, miután több mérkőzést kihagyott sérülés miatt.
A rájátszásban Miller meccsenként 5,2 pontot átlagolt, és a Heat mindegyik rájátszás-sorozatában legalább egyszer kétszámjegyű pontot szerzett, amikor a Miami bejutott az NBA döntőjébe, ahol az Oklahoma City Thunderrel találkozott. Az 5. mérkőzésen Miller hét hárompontost dobott, amivel beállította az NBA döntő legtöbb hárompontosának rekordját, amit egy tartalék dobott. A sorozat előző négy mérkőzésén egyetlen hárompontost sem dobott. Az 5. mérkőzésen 23 ponttal, 5 lepattanóval és egy labdaszerzéssel zárt. A Miami megnyerte a mérkőzést és az NBA-bajnokságot.
A 2012-13-as szezonban Miller 17 alkalommal került be a kezdőcsapatba, és 4,8 pontot átlagolt meccsenként a szezonban. A Heat ismét bejutott az NBA döntőjébe, ezúttal a San Antonio Spurs ellen. Millert a döntő utolsó 4 meccsén bevetették, hogy segítsen a pályán, és a 6. meccsen 8 pontot szerzett, amikor a Heat épphogy kiharcolta a győzelmet. A meccs egyik fénypontja egy hárompontos volt, amit egy cipőben dobott. A Heat 2013. június 20-án a 7. mérkőzésen megnyerte a sorozatot, ezzel Miller második bajnoki címét szerezte meg.
2013. július 16-án Millerről az amnesztia záradék révén lemondott a Miami Heat.
Második állomás a Memphis Grizzliesnél (2013-2014)Edit
2013. július 30-án Miller aláírt a Memphis Grizzlieshez. Az új edző, Dave Joerger által vezetett, kissé átalakított Grizzlies csapatában megnőttek a játékpercei és a fontossága. Miller a szezon nagy részében stabilan játszott, és az egyetlen Grizzlyként fejezte be a szezont, aki mind a 82 alapszakasz- és mind a 7 rájátszásbeli mérkőzésen játszott.
Cleveland Cavaliers (2014-2015)Edit
2014. augusztus 5-én Miller aláírt a Cleveland Cavaliershez. Clevelandben újra egyesült korábbi Miami Heat csapattársaival, LeBron James-szel és James Jones-szal. Miután a szezon első 24 mérkőzésén mindössze 1,5 pontot átlagolt meccsenként 12 perc alatt, Miller 2014. december 19-én a Brooklyn Nets ellen először kezdett a Cavaliersben, amikor is 21 pontot szerzett 7-ből 8 hárompontosból 7-et dobva a 95-91-es győzelem alkalmával. A Cavaliers bejutott a 2015-ös NBA-döntőbe, de ott hat mérkőzésen kikaptak a Golden State Warriors ellen.
2015. június 30-án Miller lehívta a Cavaliersnél a 2016-os szezonra szóló játékosopcióját.
2015. július 27-én Miller Brendan Haywooddal és két jövőbeli második körös draftjoggal együtt a Portland Trail Blazershez került készpénzért cserébe. 2015. szeptember 28-án a Trail Blazers szerződés kivásárlás útján lemondott róla.
Denver Nuggets (2015-2017)Edit
2015. szeptember 30-án Miller aláírt a Denver Nuggetshez. Miller fontos szerepet játszott csapattársa, Nikola Jokić korai fejlődésében. A két játékost különleges barátság fűzi össze a mentor-mentorált kapcsolatuk mellett, sőt, még a születésnapjuk is egyezik. 2016. július 21-én írt újra alá a Nuggetshez, majd 2017. július 11-én lemondtak róla.