Алексей Миллер родился 31 января 1962 года в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург) в семье служащих оборонного предприятия. Учился в физико-математической школе, которую окончил с отличием. В 1984 году окончил Ленинградский финансово-экономический институт им. Н. А. Вознесенского (ЛФЭИ). В 1989 году завершил аспирантуру и защитил диссертацию, став кандидатом экономических наук.
Миллер работал инженером-экономистом в проектном институте «ЛенНИИпроект», затем младшим научным сотрудником в ЛФЭИ. Затем работал в Комитете по внешним связям мэрии Санкт-Петербурга, который возглавлял Владимир Путин. Миллер прошел путь от начальника отдела до заместителя председателя комитета, занимаясь привлечением инвестиций и развитием первых особых экономических зон.
После ухода из мэрии занимал руководящие посты в ОАО «Морской порт Санкт-Петербург» и ОАО «Балтийская трубопроводная система». В 2000 году был назначен заместителем министра энергетики РФ, где курировал международное сотрудничество, включая взаимодействие с ОПЕК.
В мае 2001 года Алексей Миллер был избран председателем правления «Газпрома», сменив на этом посту Рема Вяхирева. За первые годы работы Миллер сменил команду топ-менеджеров и инициировал процесс возврата ключевых активов (таких как «Сибур») под контроль государства. Доля государства в «Газпроме» превысила 50%.
Под его руководством были реализованы масштабные экспортные проекты, включая газопроводы «Северный поток», «Турецкий поток» и «Сила Сибири» для поставок газа в Китай.
