Герхард Миллер родился 18 октября 1705 года в Герфорде (в то время провинция Вестфалия королевства Пруссия). Отец его был ректором местной гимназии, где Герард получил первоначальное образование. Затем будущий российский академик посещал Лейпцигский университет. По официальной версии РАН РФ, два года учился в Ринтельнском университете, а затем окончил Лейпцигский университет.

В ноябре 1725 года Миллер приехал в Россию в составе первой группы иностранных учёных, приглашёных в созданную в 1724 году Петербургскую Академию наук, и был определён студентом (по версии РАН, адъюнктом). В 1726 году получил должность преподавателя латинского языка, истории и географии в гимназии при Академии наук. В 1728-1730 гг. ему было поручено исполнение обязанностей уехавшего в Москву конференц-секретаря. Издавал «СПб. Ведомости» с «Примечаниями», рассчитанными на более обширный круг читателей.

В 1731 году Миллер получил звание профессора. С 1732 года он стал выпускать сборник статей, касающихся России: «Sammlungruss. Geschichte» (1732-1765, 9 томов). Это было первое издание, основательно знакомившее иностранцев с русской землёй и её историей. Тем временем снаряжалась так называемая «Вторая камчатская экспедиция», в которой по поручению академии принял участие и Миллер...

Десятилетнее (1733—1743) пребывание в Сибири обогатило Миллера массой ценных сведений по этнографии инородцев, местной археологии и современному состоянию края. Особенно важна была вывезенная Миллером громадная коллекция архивных документов, и если сам он использовал только ничтожную часть их, то в течение полутораста лет они служили и продолжают служить доныне важным подспорьем для отдельных учёных и целых учреждений. Князь М. М. Щербатов, Голиков, Словцов, Новиков для «Древней Российской Вивлиофики», граф Румянцев для «Собрания Государственных Грамот и Договоров», археографическая комиссия и др. многим обязаны Миллеру...

В 1733 году геодезисты из группы Миллера составили карту среднего течения Иртыша от Тобольска до Омской крепости. В июне 1734 года в ходе Камчатской экспедиции Миллер посетил Омск.

После утверждения в 1747 году императрицей Елизаветой Петровной базового документа "Регламент Императорской Академии наук и художеств в Санкт-Петербурге", юридически оформившем практику деятельности Академического университета, Герхард Фридрих Миллер был назначен первым ректором университета (1747—1750).

В 1748 году Миллер принял русское подданство и назначен историографом. В 1749 году имел большую неприятность по поводу речи, приготовленной им для торжественного заседания академии: «Происхождение народа и имени российского». Некоторые из академиков (Ломоносов, Крашенинников, Попов) нашли её «предосудительной России». Миллер обвинялся в том, что «во всей речи ни одного случая не показал к славе российского народа, но только упомянул о том больше, что к бесславию служить может, а именно: как их многократно разбивали в сражениях, где грабежом, огнём и мечом пустошили и у царей их сокровища грабили. А напоследок удивления достойно, с какой неосторожностью употребил экспрессию, что скандинавы победоносным своим оружием благополучно себе всю Россию покорили»...

В 1750 году он напечатал первый том «Описания Сибирского царства» — «первый правильный учёный труд по сибирской истории» (Пыпин). Второй том увидел свет лишь в отрывках, напечатанных в «Sammlungrussisch. Geschichte» и «Ежемесячных Сочинениях». Миллер очень медлил работой, и академия поручила продолжение её академику Фишеру. «Sibirische Geschichte» последнего (СПб., 1768; русский перевод, СПб., 1774) не есть, однако, продолжение, а лишь сокращённый пересказ сочинения Миллера (как напечатанного, так и остававшегося ещё в рукописи). Работу Фишера Бюшинг считал простым плагиатом. С 1754 года в звании конференц-секретаря академии Миллер вёл обширную переписку с заграничными учёными, вызывает профессоров для московского университета.

В 1755-1765 гг. Миллер редактировал «Ежемесячные Сочинения, к пользе и увеселению служащие» — первое периодическое учёно-литературное издание на русском языке. В нём участвовали все современные писатели, пользовавшиеся известностью; сам Миллер поместил там много статей, касающихся Сибири. Из числа собственно исторических трудов Миллер, кроме «Origines Rossicae», главнейшие: «О летописце Несторе» («Ежемесячные Сочинения», 1755), «Известие о запорожских казаках» (ibid., 1760), «О начале Новгорода и происхождении российского народа» (ibid., 1761 и в «Samml. russ. Gesch.») и «Опыт новой истории о России» (ibid.). Хотя «Нестор» Миллера есть лишь повторение и развитие мыслей, высказанных ещё раньше Татищевым, но так как труд последнего («История Российская», т. I) появился лишь в 1768 году, то положения Миллера (автор первоначальной летописи — Нестор; у Нестора были предшественники; указаны продолжатели) имели значение новизны; собственно с них начинается история научного знакомства с русскими летописями. Напуганный судьбой своей речи 1749 года, Миллер в 1761 году проводит мысль, что основатели русского государства были роксолане с Балтийского моря. Позже, в сочинении «О народах, издревле в России обитавших» (Büsching’s «Magazin», XV; русский перевод, СПб., 1773), он указал на присутствие варяжского элемента на юге. В «Опыте новой истории о России» автор хотел продолжать Татищева, но Ломоносову не нравилось, что Миллер занимался исследованиями о «смутных временах Годунова и Расстриги — самой мрачной части российской истории», и ему удалось добиться прекращения этого труда. Миллер принимал участие в составлении Вольтером «Histoiredel’ empirede Russiesous Pierrele Grand», сообщением материалов и своих замечаний.

В 1765 году Миллер был назначен главным надзирателем московского воспитательного дома, с оставлением при академии наук в звании историографа, а через год определён начальником московского архива иностранной коллегии (ныне московский главный архив министерства иностранных дел). Поражённый параличом в 1772 году, Миллер продолжал неустанно работать до самой смерти (11 октября 1783 года).

Московский период в жизни Миллера ознаменован изданием таких ценных памятников и трудов русских учёных, каковы: Судебник царя Ивана Грозного, Степенная Книга, «Письма Петра Великого графу Б. П. Шереметеву», «Ядро Российской истории» (Манкеева), «История Российская» (Татищева), «Географический словарь» (Полунина), «Описание Камчатки» (Крашенинникова). В «Опыте трудов вольного российского собрания» (IV, V) Миллер поместил ряд статей о рождении, воспитании, воцарении и короновании Петра Великого, об учреждении первых гвардейских полков. Назначая Миллера в архив иностранной коллегии, императрица Екатерина поручила ему составить «Собрание русской дипломатики» по примеру Дюмона. Старик не мог уже сам много сделать, но он подготовил учеников; в его школе выработался такой прекрасный архивист и учёный издатель, как Н. Н. Бантыш-Каменский.

После смерти Миллера осталась коллекция автографов и рукописей (в 258 портфелях), важных для изучения истории, этнографии, статистики и промышленности России и в частности Сибири.