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1990년 해리 M. 마코위치, 윌리엄 F. 샤프와 공동으로 노벨 경제학상을 수상했다. 모딜리아니-밀러 정리로 알려져 있는 그의 연구 성과는 1985년 노벨상 수상자인 동료 프랑코 모딜리아니의 이론과 더불어 금융론 분야의 선구적인 연구 업적으로 인정받는다. 하버드대학교 출신인 밀러는 1944년 문학학사학위를 받고 미연방 재무부에서 근무했다.

1952년 메릴랜드 주 볼티모어의 존스홉킨스대학교에서 박사학위를 받은 뒤, 1961년까지 지금의 카네기멜론대학교인 펜실베이니아 주 피츠버그의 카네기공과대학에서 일했으며, 그후 1993년까지 시카고대학교 경영대학원에서 금융론 교수로 활동했다.

밀러의 연구는 마코위치의 자산구성이론과 샤프의 자산가격결정모형에 기초를 두고 출발했다. 자산구성이론, 즉 포트폴리오 이론은 부를 위험과 기대수익의 조건이 각기 다른 여러 형태의 자산에 가장 적절하게 투자할 수 있도록 하는 방법을 연구한 것이며, 자산가격결정모형은 증권 가격이 어떻게 위험과 잠재 수익을 반영하는가를 설명한 이론이다.

이를 발전시킨 모딜리아니-밀러 정리는 기업의 자본자산구조와 배당정책 및 기업의 시장가치와 자본비용 간의 관계를 설명했다. 이 정리에 따르면 한 제조업체의 가치는 수익성에 따라 결정되는 것으로서 그 기업의 자본구조와는 무관하다. 따라서 기업의 투자 자금을 조달하는 방식이 그 기업에서 발행한 증권의 수익성만큼 중요하지는 않다고 본다. 밀러는 기업재무 분야에서 이론적·경험적 분석을 발전시키는 데 가장 크게 기여한 사람 가운데 하나로 평가받는다. 그는 경영대학원의 R. 매코믹 공훈교수로 봉직하면서 시카고 상업어음거래소의 감독자로도 근무했다.