Orlando Magic (2000-2003)Edit
L’estate seguente, Miller fu preso con la quinta scelta assoluta nel draft NBA del 2000 dagli Orlando Magic. Miller ha vinto l’NBA Rookie of the Year Award 2001 ed è stato l’unico giocatore del primo anno ad apparire in tutte le 82 partite di stagione regolare durante la stagione 2000-01 (partendo 62), in cui ha avuto una media di 11,9 punti e 4,0 rimbalzi a partita, tirando il 40,7% da tre punti.
Memphis Grizzlies (2003-2008)Edit
È stato scambiato ai Memphis Grizzlies a metà della stagione NBA 2002-03. Ha ricevuto l’NBA Sixth Man of the Year Award per la stagione 2005-06. Ha avuto una media di 13,7 punti, 5,4 rimbalzi e 2,7 assist, tirando con il 47% dal campo e il 41% da tre, giocando 30,6 minuti a partita.
Il 3 gennaio 2007, Miller ha realizzato nove tiri da tre punti in una vittoria sui Golden State Warriors, battendo il record di franchigia dei Grizzlies di Sam Mack di otto in una partita stabilito nel febbraio 1999. Nelle due partite precedenti Miller aveva colpito sette triple. Questo lo ha reso il primo giocatore NBA a colpire almeno sette punti in tre partite consecutive da quando George McCloud dei Dallas Mavericks ci riuscì nel 1996. Miller detiene il record di franchigia dei Memphis Grizzlies per il maggior numero di punti segnati in una singola partita, con 45 il 21 febbraio 2007, contro i Golden State Warriors. Dopo la stagione NBA 2006-07, Miller è stato annunciato come membro della squadra USA Basketball.
Minnesota Timberwolves (2008-2009)Edit
Il 26 giugno 2008, Miller, Brian Cardinal, Jason Collins, e la quinta scelta del draft NBA 2008, Kevin Love, sono stati inviati a Minnesota in cambio di Marko Jarić, Antoine Walker, Greg Buckner e la terza scelta, O. J. Mayo. Miller fece una media di 4,5 assist a partita, ma una media di 9,9 punti a partita nella sua unica stagione con i Timberwolves.
Washington Wizards (2009-2010)Edit
Il 23 giugno 2009, Miller e Randy Foye furono inviati ai Washington Wizards per Oleksiy Pecherov, Etan Thomas, Darius Songaila e la quinta scelta assoluta del draft NBA 2009. Miller ha subito un infortunio alla spalla e ha perso alcune partite durante la prima parte della stagione NBA 2009-10. In 54 partite, ha avuto una media di 10,9 punti a partita, la sua ultima media realizzativa in doppia cifra in una stagione, ma è stato secondo nella lega nella precisione del tiro da tre punti, al 48,0%.
Miami Heat (2010-2013)Edit
Il 15 luglio 2010, Miller ha firmato un contratto quinquennale da 25 milioni di dollari con i Miami Heat. Si è ferito il pollice mentre faceva la guardia a LeBron James in allenamento durante la pre-stagione, mettendolo in disparte per diverse settimane. Miller tornò ufficialmente nella formazione dei Miami Heat il 20 dicembre 2010, in una partita in casa contro i Dallas Mavericks. Miller ha avuto la sua prima partenza il 22 gennaio 2011, a causa di una malattia di Dwyane Wade, e ha contribuito con un season-high 32 punti in una vittoria contro i Toronto Raptors. Miller ha avuto una media di soli 2,6 punti a partita in 12 minuti a partita durante i playoff, con un massimo di 12 in gara 4 contro i Chicago Bulls. Miller fece la sua prima apparizione in carriera nelle finali NBA del 2011, che gli Heat persero contro i Mavericks per 4-2.
Nella stagione successiva, il 18 gennaio 2012, Miller fece sei dei sei field goal da tre punti in una vittoria sui San Antonio Spurs per finire con 18 punti nel suo ritorno agli Heat, dopo aver saltato diverse partite a causa di un infortunio.
Nei playoff, Miller ha fatto una media di 5,2 punti a partita, e ha segnato in doppia cifra almeno una volta in ciascuna delle serie di playoff degli Heat mentre Miami avanzava alle finali NBA per affrontare gli Oklahoma City Thunder. In gara 5, Miller realizzò sette tiri da tre punti, stabilendo il record delle finali NBA per il maggior numero di tiri da tre punti da parte di una riserva. Non aveva fatto alcun tiro da tre punti nelle precedenti quattro partite della serie. Ha finito con 23 punti, 5 rimbalzi e un furto in gara 5. Miami avrebbe vinto la partita e il campionato NBA.
Durante la stagione 2012-13, Miller fu inserito nella formazione titolare 17 volte e fece una media di 4,8 punti a partita per la stagione. Gli Heat avanzano nuovamente alle finali NBA, questa volta contro i San Antonio Spurs. Miller è stato inserito nelle ultime 4 partite delle finali per aiutare lo spazio, e ha segnato 8 punti in gara 6 quando gli Heat sono riusciti a malapena a strappare una vittoria. Uno dei momenti salienti della partita fu un tiro da tre punti che fece mentre indossava una sola scarpa. Gli Heat vinsero la serie in gara 7 il 20 giugno 2013, dando a Miller il suo secondo campionato.
Il 16 luglio 2013, Miller fu rinunciato dai Miami Heat tramite la clausola di amnistia.
Secondo periodo con i Memphis Grizzlies (2013-2014)Edit
Il 30 luglio 2013, Miller firmò con i Memphis Grizzlies. Ha visto aumentare i suoi minuti e la sua importanza con la squadra dei Grizzlies leggermente rinnovata e guidata dal nuovo allenatore Dave Joerger. Miller giocò costantemente per gran parte della stagione, finendo per essere l’unico Grizzly a giocare tutte le 82 partite di stagione regolare e tutte le 7 partite di playoff.
Cleveland Cavaliers (2014-2015)Edit
Il 5 agosto 2014, Miller firmò con i Cleveland Cavaliers. A Cleveland si riunì con gli ex compagni di squadra dei Miami Heat LeBron James e James Jones. Dopo una media di appena 1,5 punti in 12 minuti a partita nelle prime 24 partite della stagione, Miller fece la sua prima partenza per i Cavaliers il 19 dicembre 2014 contro i Brooklyn Nets, segnando 21 punti con 7 su 8 da tre punti nella vittoria 95-91. I Cavaliers arrivarono alle finali NBA 2015, ma persero contro i Golden State Warriors in sei partite.
Il 30 giugno 2015, Miller esercitò la sua player option con i Cavaliers per la stagione 2016.
Il 27 luglio 2015, Miller fu scambiato, insieme a Brendan Haywood e due future scelte del secondo giro del draft, con i Portland Trail Blazers in cambio di considerazioni in denaro. Il 28 settembre 2015, fu rinunciato dai Trail Blazers tramite un buyout contrattuale.
Denver Nuggets (2015-2017)Edit
Il 30 settembre 2015, Miller firmò con i Denver Nuggets. Miller è stato determinante nello sviluppo precoce del compagno di squadra Nikola Jokić. I due giocatori condividono un’amicizia speciale per andare insieme al loro rapporto mentore/mentee e condividono persino lo stesso compleanno. Ha rifirmato con i Nuggets il 21 luglio 2016, ed è stato rinunciato l’11 luglio 2017.