Debiutował jako autor w 1947 roku dramatem "Synowie", podnoszącym moralny problem bogacenia się dzięki wojnie. Już w wieku 33 lat odniósł ogromny sukces, zdobywając Nagrodę Pulitzera za sztukę "Śmierć komiwojażera" (wystawiona w 1949 roku na Broadwayu w reżyserii Elii Kazana). Dramaty Millera poruszały tematykę kryzysu amerykańskiej rodziny, odpowiedzialności jednostki za własne życie. "Śmierć komiwojażera" opisywana była jako symbol upadku "american dream" - mitu o Ameryce, w której każde marzenie może się spełnić. W tym dramacie Miller opisuje beznadziejną pustkę egzystencji podporządkowanej zarabianiu pieniędzy.

W 1953 roku Miller napisał "Czarownice z Salem". Opisana w tym dramacie historia polowania na czarownice w XVI-wiecznej purytańskiej Nowej Anglii była powszechnie interpretowana jako komentarz do odbywającej się w owym czasie w Ameryce nagonki na komunistów - epoki McCarthyzmu. Po wystawieniu tej sztuki Miller był ostro krytykowany.

Jego kolejne dramaty to m.in. "Widok z mostu" (1955), "Wróg ludu" (1978).

Kiedy 1956 roku poślubił Marilyn Monroe znalazł się w centrum zainteresowania całego świata. W jednym z wywiadów powiedział później, że w czasie małżeństwa z Monroe całą swoją energię i uwagę poświęcał na rozwiązywanie jej problemów - bez większego powodzenia. Rozwód nastąpił po 5 latach. Historię tego związku opisał w dramacie "Po upadku" (1964). Do tematu tego związku Miller powrócił w 2003 roku w sztuce "Finishing the Picture", w której opowiada o problemach Monroe z narkotykami i alkoholem. Postać tragicznie zmarłej w wieku 36 lat aktorki nie pojawia się ani razu na scenie w tej sztuce, jednak inne postaci dramatu nieustannie rozmawiają na jej temat. Monroe jest w tym czasie w pokoju hotelowym - zamroczona środkami uspokajającymi, pijana i nieszczęśliwa. Miller jest też autorem scenariusza do ostatniego filmu, w którym zagrała Monroe - "Skłóceni z życiem" (1961).

Największe sukcesy Miller odnosił w latach 40. i 50. Później zainteresowanie jego twórczością spadło. Sztuki Millera zyskały ponownie popularność w latach 80. i 90. Miller zasłynął także z otwartego sprzeciwu wobec "polowania na komunistów" za czasów McCarthy'ego. W latach 60. Miller był przewodniczącym Międzynarodowego PEN-Clubu.

Na kilka dni przed śmiercią Miller poprosił, by go przeniesiono na farmę w Connecticut, którą nabył wraz z Monroe.