一九九零年，他顺利完成了在纽约布鲁克林学院米德伍德高中的学业并正式毕业。随后，他进入普林斯顿大学深造，主修英国文学专业，并于一九九五年成功取得学位。就在同一年，他在洛杉矶找到了一份工作，进入一家规模较小的电视制作公司，最初是在发展部门担任职务。这段在电视制作行业的初期经历，为他积累了宝贵的业内经验，也成为了他职业生涯的一个重要转折点。不久之后，他凭借自身的兴趣与才能，逐渐将工作重心转向演艺领域，从而正式开启了他在演艺事业上的发展道路。
一九九八年，他首次亮相于电视荧屏，参演了个人首部电视剧《吸血鬼猎人巴菲第一季》，在其中塑造了游泳队队长Gage Petronzi这一角色，该角色在剧情后期意外转变为海怪，给观众留下了深刻印象。次年，他出演了悬疑犯罪题材剧集《法律与秩序：特殊受害者第一季》，展现了其在复杂叙事中的表演潜力；同一年内，他还参与了由导演布莱恩·罗宾斯执导的电视剧《校花猫拼》，成功诠释了身份神秘的新生亚当一角。也是在1999年，他与演员凯尔·米歇尔共同主演了爱情电影《罗密欧和朱丽叶》，在片中扮演一位因嫉妒而内心煎熬的伯爵，这个角色本是女主角朱丽叶原定的婚配对象。进入二零零一年，他与泰伦·莱斯托联手主演了改编自美国科幻作家詹姆斯·格尔尼同名小说的科幻剧集《恐龙帝国》，他所饰演的大卫是一个敏感且性格内向的大男孩，细腻地呈现了角色的内心世界；同年，他还客串出演了一部剧情短片《302房间》。同年二月，他开始了为期近两年的系统学习，正式进入演员培训班深造，这项训练持续到了二零零二年。二零零三年，他有幸与安东尼·霍普金斯、妮可·基德曼两位著名演员合作，共同出演了爱情惊悚电影《人性污点》，在片中他饰演了大学教授希尔克的青年时期，追溯了角色的早年经历。同年九月十九日，一部科幻电影《黑夜传说》在美国公映，他在片中饰演了亚当·洛克伍德博士一角，进一步拓宽了其表演领域。
二零零五年，这位演员的演艺事业迎来了一个重要的阶段。他参演的一部医疗题材电视剧《急诊室的故事第十二季》于当年首次播出，他在剧中塑造了一名高校足球队员的形象，该角色在踢足球时遭遇了严重伤情。同年，他还与多米尼克·珀塞尔携手合作，共同主演了一部动作惊悚剧集《越狱第一季》。在该剧中，他生动诠释了迈克尔·斯科菲尔德这一核心角色，其角色性格机智而冷静，且情深意重，巧妙地在黑人与白人两派势力之间周旋，并一步步有条不紊地推进着复杂的越狱计划。凭借在此剧中的出色表现，他成功获得了业界的关注与认可，相继入围了第八届青少年选择奖的最佳TV男演员奖，以及第六十三届美国金球奖电视类剧情类剧集最佳男主角奖的提名。进入二零零六年，他继续在电视领域深耕，主演了电视剧《越狱第二季》。次年，即二零零七年，由他担当主演的另一部电视剧《越狱第三季》也正式与观众见面。二零零八年，他的作品序列进一步扩展，主演了电视剧《越狱第四季》；同样是在这一年，他还参与了一部动画片《恶搞之家第七季》的配音工作，该片随后播出；同年五月，他出演的一部电影作品《越狱特别篇：最后一越》也在影院上映。时间来到二零一零年，他与知名演员米拉·乔沃维奇联袂主演了一部科幻动作电影《生化危机：战神再生》，进一步拓宽了其表演领域。二零一二年，他尝试了幕后工作，担任了惊悚电影《斯托克》的编剧，这部电影讲述了一个令人不寒而栗的故事：少女在十八岁生日当天失去了父亲，随后一位自称是她叔叔的男子突然出现在她的生活中，紧接着，少女身边的人们开始接连神秘失踪；同年九月十四日，他出演的另一部电影《生化危机5：惩罚》也登上了大银幕。二零一三年，他再次出现在科幻动作类型的电影中，由其参演的影片《生化奇兵》于该年上映。
在2014年，他与詹姆斯·麦斯登携手合作，共同主演了一部充满紧张氛围的惊悚电影《阁楼》，展现了其在悬疑题材作品中的表演潜力；同一年，他还与格兰特·古斯汀等多位演员一同参演了科幻动作剧集《闪电侠第一季》，该剧播出后获得了不少关注，他在剧中生动塑造了寒冷队长莱纳德·斯纳特这一角色，将其出色的智慧与强烈的个人坚持表现得淋漓尽致。进入2015年，他担纲主演了电视剧《闪电侠第二季》，进一步巩固了其在电视领域的活跃地位。2016年1月，他与亚瑟·达维尔、维克多·加博等演员联合主演了另一部科幻剧集《明日传奇第一季》，呈现了更多元的表演风格；同年10月，由他主演的电视剧《明日传奇第二季》正式播出，收获了观众的反响；此外，在2016年，他还涉足编剧工作，担任了惊悚电影《绝望之室》的编剧，这部影片由知名导演D·J·卡卢索执导，体现了他在影视创作方面的多面才能。2017年，他继续活跃于电视荧屏，先后出演了电视剧《明日传奇第三季》并主演了电视剧《越狱第五季》，持续丰富其作品履历。2019年，由他参演的电视剧《国务卿女士第六季》如期播出，为观众带来了新的角色形象。同年12月8日，他出演的科幻冒险题材电视剧《CW无限地球危机》在美国播出，在剧中他饰演了人工智能角色Leonard A.I.，展现了其对科幻题材的深入把握。2021年10月13日，他参演的科幻冒险电视剧《明日传奇 第七季》在美国首播，剧中他再次饰演了观众熟悉的Leonard Snart一角，延续了该角色在故事中的独特魅力。
温特沃斯·米勒的家庭背景呈现出多元而卓越的学术与职业特征。他的父亲和母亲均毕业于世界顶尖学府耶鲁大学，是名副其实的高材生。父亲作为一名律师，其血统构成十分复杂，融合了美国黑人、牙买加、英国、德国以及北美原住民切罗基族的多重族裔背景。而他的母亲是一位白人，其血统渊源同样广泛，涵盖了俄国、法国、叙利亚、黎巴嫩和荷兰等多个国家和地区，她本人则致力于特殊教育领域的工作。在家庭中，米勒并非独子，他还有两位姐姐，她们也继承了家庭的法律职业传统，双双成为了律师。尽管温特沃斯·米勒本人在英国出生，拥有英国出生的客观事实，但在文化认同与个人归属感上，他始终坚定地视自己为美国人。
二零一三年八月二十一日，演员卢克·马可法莱恩做出了一项备受瞩目的个人声明与政治表态。他公开宣布自己的同性恋者身份，并同时明确表示，为抗议俄罗斯当时颁布的被视为具有恐同倾向的相关法律，他将拒绝出席原定参加的圣彼得堡国际电影节活动。这一连串的举动，不仅是他对个人生活的坦诚公开，更被视为一种针对特定社会政策与环境的直接而有力的异议表达。
在《越狱》中，温特沃斯·米勒所塑造的角色以其沉着冷静的头脑、处变不惊的非凡胆识以及英俊硬朗的独特外形，给观众留下了极为深刻而持久的印象。这位角色之所以能够如此生动立体，正是得益于温特沃斯·米勒本人精湛的演技和犹如雕塑般轮廓分明的外在条件。他获得这一重要角色，绝非偶然，而是其深厚表演功底与出众个人特质的共同结果。米勒不仅拥有令人过目不忘的英俊面貌，更具备娴熟而富有层次的演技，将角色的内在智慧与外在魅力融合得恰到好处。他的外形堪称完美，兼具年轻人的蓬勃活力与成熟稳重的气质，其面部骨骼结构近乎完美，衬托出深邃而立体的五官。此外，他那一头黑色卷发也为角色增添了不羁与深沉的韵味，尤其特别的是他的双眸——左眼呈现为淡褐色，右眼则是淡绿色，这种独特的异色瞳特征更赋予其眼神一种神秘而迷人的吸引力，使得整个角色形象更加鲜明且难以复制。