Orlando Magic (2000-2003)Edit
În vara anului următor, Miller a fost luat cu a cincea alegere generală în NBA draftul din 2000 de către Orlando Magic. Miller a câștigat premiul NBA Rookie of the Year din 2001, fiind singurul jucător în primul an care a jucat în toate cele 82 de meciuri din sezonul regulat în sezonul 2000-01 (titular în 62), în care a avut o medie de 11,9 puncte și 4,0 recuperări pe meci în timp ce a aruncat 40,7% de la trei puncte.
Memphis Grizzlies (2003-2008)Edit
A fost transferat la Memphis Grizzlies la jumătatea sezonului 2002-2003 din NBA. A primit premiul NBA Sixth Man of the Year Award pentru sezonul 2005-06. El a avut o medie de 13,7 puncte 5,4 recuperări 2,7 pase decisive în timp ce a aruncat 47% de pe teren și 41% de la trei puncte, în timp ce a jucat 30,6 minute pe meci.
La 3 ianuarie 2007, Miller a reușit nouă aruncări de trei puncte într-o victorie împotriva lui Golden State Warriors, depășind recordul de franciză al lui Sam Mack de la Grizzlies de opt aruncări într-un meci stabilit în februarie 1999. În cele două meciuri precedente Miller a reușit șapte coșuri de trei puncte. Astfel, a devenit primul jucător din NBA care reușește cel puțin șapte coșuri de trei puncte în trei meciuri consecutive de când George McCloud de la Dallas Mavericks a reușit acest lucru în 1996. Miller deține recordul francizei Memphis Grizzlies pentru cele mai multe puncte marcate într-un singur meci, cu 45 pe 21 februarie 2007, împotriva lui Golden State Warriors. După sezonul 2006-2007 din NBA, Miller a fost anunțat ca membru al echipei de baschet a Statelor Unite ale Americii.
Minnesota Timberwolves (2008-2009)Edit
La 26 iunie 2008, Miller, Brian Cardinal, Jason Collins, și a 5-a alegere din NBA draft 2008, Kevin Love, au fost trimiși la Minnesota în schimbul lui Marko Jarić, Antoine Walker, Greg Buckner și a 3-a alegere, O. J. Mayo. Miller a avut o medie de 4,5 pase decisive pe meci, cea mai mare din carieră, dar o medie de 9,9 puncte pe meci, cea mai mică din carieră, în singurul său sezon cu Timberwolves.
Washington Wizards (2009-2010)Edit
La 23 iunie 2009, Miller și Randy Foye au fost trimiși la Washington Wizards în schimbul lui Oleksiy Pecherov, Etan Thomas, Darius Songaila și a 5-a alegere din NBA draft 2009. Miller a suferit o accidentare la umăr și a ratat câteva meciuri în prima parte a sezonului 2009-10 din NBA. În 54 de meciuri, el a avut o medie de 10,9 puncte pe meci, ultima sa medie de două cifre într-un sezon, dar a fost al doilea în ligă în ceea ce privește acuratețea aruncărilor de trei puncte, cu 48,0%.
Miami Heat (2010-2013)Edit
La 15 iulie 2010, Miller a semnat un contract pe cinci ani și 25 de milioane de dolari cu Miami Heat. El s-a accidentat la degetul mare în timp ce îl păzea pe LeBron James la antrenament în timpul pre-sezonului, lăsându-l pe tușă pentru mai multe săptămâni. Miller a revenit oficial în lotul lui Miami Heat la 20 decembrie 2010, într-un meci pe teren propriu împotriva celor de la Dallas Mavericks. Miller a fost titularizat pentru prima dată la 22 ianuarie 2011, din cauza unei boli a lui Dwyane Wade, și a contribuit cu un record al sezonului de 32 de puncte într-o victorie în fața lui Toronto Raptors. Miller a avut o medie de doar 2,6 puncte pe meci în 12 minute pe meci în timpul playoff-ului, cu un maxim de 12 puncte în meciul 4 împotriva lui Chicago Bulls. Miller a făcut prima sa apariție din carieră în finala NBA în finala NBA 2011, pe care Heat a pierdut-o în fața celor de la Mavericks cu 4-2.
În sezonul următor, pe 18 ianuarie 2012, Miller a marcat șase din șase aruncări de trei puncte într-o victorie în fața celor de la San Antonio Spurs pentru a termina cu 18 puncte la revenirea sa la Heat, după ce a lipsit mai multe meciuri din cauza unei accidentări.
În playoff, Miller a avut o medie de 5,2 puncte pe meci și a marcat în două cifre cel puțin o dată în fiecare dintre seriile de playoff ale lui Heat, Miami avansând în finala NBA pentru a se confrunta cu Oklahoma City Thunder. În meciul 5, Miller a marcat șapte coșuri de trei puncte, stabilind recordul finalei NBA pentru cele mai multe coșuri de trei puncte marcate de o rezervă. El nu reușise nicio aruncare de trei puncte în precedentele patru meciuri ale seriei. El a terminat cu 23 de puncte, 5 recuperări și o intercepție în meciul 5. Miami avea să câștige meciul și campionatul NBA.
În timpul sezonului 2012-13, Miller a fost introdus în linia de start de 17 ori și a avut o medie de 4,8 puncte pe meci în acest sezon. Heat avea să avanseze din nou în finala NBA, de data aceasta împotriva celor de la San Antonio Spurs. Miller a fost introdus în ultimele 4 meciuri ale finalei pentru a ajuta la creșterea spațiului de joc și a marcat 8 puncte în meciul 6, în care Heat abia a reușit să obțină o victorie. Un punct culminant al meciului a fost o aruncare de trei puncte pe care a reușit-o în timp ce purta un singur pantof. Heat a câștigat seria în meciul 7 la 20 iunie 2013, oferindu-i lui Miller al doilea său campionat.
La 16 iulie 2013, Miller a fost renunțat de Miami Heat prin intermediul clauzei de amnistie.
A doua perioadă cu Memphis Grizzlies (2013-2014)Edit
La 30 iulie 2013, Miller a semnat cu Memphis Grizzlies. El și-a văzut minutele de joc și importanța sa crescând în echipa ușor renovată a lui Grizzlies, condusă de noul antrenor Dave Joerger. Miller a jucat constant pentru o mare parte a sezonului, terminând ca singurul Grizzly care a jucat toate cele 82 de meciuri din sezonul regulat și toate cele 7 meciuri din playoff.
Cleveland Cavaliers (2014-2015)Edit
La 5 august 2014, Miller a semnat cu Cleveland Cavaliers. În Cleveland, el s-a reîntâlnit cu foștii coechipieri de la Miami Heat, LeBron James și James Jones. După ce a avut o medie de doar 1,5 puncte în 12 minute pe meci în primele 24 de meciuri ale sezonului, Miller a fost titular pentru Cavaliers pe 19 decembrie 2014, împotriva lui Brooklyn Nets, marcând 21 de puncte cu 7 din 8 aruncări de trei puncte în victoria cu 95-91. Cavaliers a ajuns în finala NBA din 2015, dar a pierdut în fața lui Golden State Warriors în șase meciuri.
La 30 iunie 2015, Miller și-a exercitat opțiunea de jucător cu Cavaliers pentru sezonul 2016.
La 27 iulie 2015, Miller a fost tranzacționat, împreună cu Brendan Haywood și două viitoare selecții din a doua rundă de draft, la Portland Trail Blazers în schimbul unor sume de bani. La 28 septembrie 2015, el a fost renunțat de Trail Blazers prin intermediul unui contract de răscumpărare.
Denver Nuggets (2015-2017)Edit
La 30 septembrie 2015, Miller a semnat cu Denver Nuggets. Miller a avut un rol esențial în dezvoltarea timpurie a coechipierului Nikola Jokić. Cei doi jucători împărtășesc o prietenie specială care însoțește relația lor de mentor/mentor și chiar împart aceeași zi de naștere. El a semnat din nou cu Nuggets la 21 iulie 2016 și a fost renunțat la 11 iulie 2017.
.