Ann Miller kiedy była małym dzieckiem pobierała lekcje tańca, dzięki czemu wcześnie zaczęła występować w klubach. Wówczas została zauważona przez odpowiednie osoby z wytwórni RKO. Problemem był jednak jej wiek, bo miała dopiero 14 lat. Umowę mogła zawrzeć pod warunkiem, że okaże metrykę urodzenia. Pokazała fałszywą, a wytwórnia podpisała z nią kontrakt na siedem lat. Potem posypały się role m.in. w "
Obcym wstęp wzbroniony", nagrodzonym Oscarem dla najlepszego filmu "
Cieszmy się życiem", "
Panika w hotelu" czy "
Too Many Girls". W 1939 roku zaczęła występować na Broadway'u w sztuce "George White's Scandals". Była ona wielkim hitem i nie schodziła z afisza przez dwa lata. W 1941 roku powróciła do RKO, ale wytwórnia Columbia znowu ją sobie "pożyczyła" do ról w dwóch produkcjach wojennych: "
True to the Army" oraz "
Reveille with Beverly". Jednak na tym się nie skończyło. W ciągu sześciu kolejnych lat Miller nakręciła dla Columbii dwanaście filmów. W owym czasie wyszła po raz pierwszy za mąż i przestała grać. Małżeństwo trwało jednak tylko dwa lata i Ann powróciła do aktorstwa. Wówczas kilka ról powierzyło jej studio MGM. Zagrała tam w produkcjach: "
Parada wielkanocna", "
Na przepustce" i "
Pocałuj mnie, Kasiu". Kiedy przestała grać w filmach, postanowiła spróbować swych sił w telewizji. W tym czasie wyszła za mąż dwukrotnie, ale te związki również nie były udane. W latach 1969-1970 znów pojawiła się na Broadway'u w sztuce "Mamell", która była wielkim hitem. Z kolei w latach 1979-1982 odniosła sukces, grając w sztuce "Sugar Babies". W latach 80. i 90. występowała w programach telewizyjnych. Zdobyła wiele wyróżnień i nominacji, m.in. Nagrodę im. George'a M. Cohena i Nagrodę Sarah Siddons za rolę w "Sugar Babies" (w 1984 roku), nominację do Nagrody im.
Laurence'a Oliviera (w 1989 roku, również za "Sugar Babies") czy Dance Awards of America dla najlepszej tancerki. W 1992 roku została uhonorowana Life Time Achievement Award przez Uniwersytet Północnej Kalifornii. Otrzymała również nagrody za swą działalność charytatywną i społeczną. Napisała kilka książek - autobiografię "Miller's Highlife", "Tapping Into the Force" oraz publikacje archeologiczne. Informacje czerpała ze swych podróży po całym świecie. Po zakończeniu kariery zamieszkała w Beverly Hills, wraz ze swymi dwoma psami Angelem i Koko. Zmarła na raka płuc w wieku 81 lat.