미국에서 태어나 영국에서 자랐다. 매튜 본 감독의 《레이어 케이크》로 영화계에 데뷔. 이후 《나를 책임져, 알피》로 스타덤에 오른다. 패션 센스가 좋은 걸로 유명한데, 2000년도 초 중반 한국 블로그와 같은 곳에서 '시에나 밀러 스타일, 시에나 밀러 패션'으로 불리며 인기를 끌었다. 하지만 내한 인터뷰에 따르면 한국에서 패션 아이콘의 이미지가 있는지는 잘 몰랐다고 한다.

패션센스 만큼이나 남성편력이 화려한 걸로 유명한데, 그중 가장 대표적으로 알려져 있는 주드 로와는 《나를 책임져, 알피》를 함께 찍으며 자연스럽게 연인 사이로 발전했다. 둘은 약혼까지 했으나, 주드 로가 본인 아이들의 유모와 바람이 나면서 결별했다. 여기서 반전은 밀러 역시 영국 배우 다니엘 크레이그와 바람을 피우고 있었다. 그리고 얼마 지나지 않아 석유계의 대 부호 증손자이자 영화배우 발타자 게티와 연인 사이로 발전했는데[2] 문제는 애가 4명 딸린 유부남이었던 것(...) 이 불륜으로 인해 시에나 밀러는 많은 비판을 받았고 심지어 시에나 밀러의 집에 누군가가 slut이라고 적어놓기도 했다.

하지만 얼마 뒤 석유 재벌과 결별하고 주드 로와 다시 재결합했다!! 불륜남녀의 만남 그러나 끝내 헤어졌고, 영국 배우 톰 스트러지와 만나 약혼 뒤 딸을 출산했지만 결별했다. 이후 브래드 피트와 《잃어버린 도시 Z》를 촬영하며 불륜설에 시달렸는데 본인은 이 스캔들에 대해 "브래드 피트는 촬영 현장에 거의 오지 않으며 두 번밖에 만난 적이 없다"며 불륜설을 부인했다. 그도 그럴게 《잃어버린 도시 Z》에서 브래드 피트는 출연하지 않고 프로듀싱만 했으며 심지어 영화 내용상 남자 배우랑 얽힐만한 장면이 많이 없다(...)[3]

이 외에도 올랜도 블룸, 제임스 프랭코, 다니엘 크레이그, 헤이든 크리스텐슨, 조쉬 하트넷, 제이미 도넌 등과 염문설이 있었다.