Miller lahir di Chipping Norton, Oxfordshire, Inggris, kepada orang tua Amerika.[1] Ibunya, Roxann (née Palm), adalah seorang guru pendidikan khusus, dan ayahnya, Wentworth E. Miller II, adalah seorang pengacara dan guru, yang sedang belajar di University of Oxford pada suatu Rhodes Scholarship pada saat kelahiran Miller.[2][3][4] Miller mengatakan pada 2003 bahwa ayahnya berkulit hitam dan ibunya berkulit putih.[5] Ayahnya adalah keturunan Afrika-Amerika, Jamaika, Jerman, dan Inggris; ibunya adalah dari Rusyn,[6] Keturunan Swedia, Prancis, Belanda, Suriah, dan Lebanon.[7][8]
^"Index entry". FreeBMD. ONS. Diakses tanggal 28 Januari 2017.
^ ab"Being Wentworth Miller: Bintang Fox mendatang "Prison Break" menavigasi politik birasial Hollywood". EURWeb.com. 27 Juni 2005. Diarsipkan dari asli tanggal 27 Desember 2010. Diakses tanggal August 5, 2008. Meskipun dia dibesarkan di Brooklyn, Miller sebenarnya lahir di Chipping Norton, Inggris di mana ayahnya yang berkulit hitam, seorang Sarjana Rhodes, telah belajar. Miller mempertahankan kewarganegaraan ganda, tetapi menegaskan bahwa dia adalah 'Amerika – pertama, terakhir dan selalu.'
^"From Princeton to Primetime". The Daily Princetonian. Princeton University. 10 November 2005. Diarsipkan dari asli tanggal 25 Agustus 2013. Diakses tanggal 4 Februari 2010.