Erste Erfolge und Arbeit bis zum Zweiten Weltkrieg
Mielziner wuchs in Frankreich als Sohn des aus den Vereinigten Staaten eingewanderten Künstlers Leo Mielziner auf und besuchte Schulen in England, den Vereinigten Staaten sowie später in Europa. Durch den Ruf seines älteren Bruders, des SchauspielersKenneth MacKenna, begann er 1923 seine Tätigkeit als Bühnenmanager in Michigan und erwarb sich bereits bis Ende der 1920er Jahre den Ruf eines erstaunlichen künstlerischen Genies. Er stieg letztlich zum einflussreichsten Szenenbildner der Theaterwelt auf und entwarf die szenische Ausstattung sowie die Beleuchtung für rund 200 Broadway-Produktionen sowie rund 100 weiteren Off-Broadway-Produktionen. Zu seinem Freundeskreis gehörte der Maler Edward Hopper, bei dem angenommen wird, dass sich dessen 1930 entstandenes Gemälde Early Sunday Morning an den Szenebildern von Mielziner in dem 1929 uraufgeführten Stück Street Scene von Elmer Rice anlehnt.
1949 erhielt er seinen ersten Tony Award, mit dem neben seinen Szenenbildern in Sleepy Hollow, Summer and Smoke, Anne of the Thousand Days und South Pacific insbesondere sein damals revolutionäres transparentes skelettartiges Szenenbild in Tod eines Handlungsreisenden. Durch seine stil- und genreübergreifende Arbeit prägte er zugleich andere Bühnenbildner bei Musical- und Theaterinszenierungen.
Mielziner, der seinen zweiten Tony Awards 1950 für The Innocents erhielt, war insbesondere bei Inszenierungen bitter-realistischer Stücke erfolgreich, die abstrakte Designs erlaubten. Dabei erweiterte er seinen Mitarbeiterstab um Kostümbildner und Beleuchtungsspezialisten. Einen weiteren Tony Award bekam er 1952 für die Gestaltung des Bühnenbildes bei der Uraufführung von The King and I im St. James Theatre am 29. März 1951.
Trotz zahlreicher Angebote in der Filmwirtschaft Hollywoods blieb Mielziner dem Theater treu, entwarf aber 1954 mit William Flannery und Robert Priestley die Szenenbilder für den in FarbfilmPicknick (1954), einem von Joshua Logan gedrehten Filmmelodram mit William Holden, Kim Novak und Betty Field in den Hauptrollen. Anschließend war er zahlreiche Male für den Tony Award als bester Szenenbildner nominiert und zwar 1956 für Die Katze auf dem heißen Blechdach, The Lark, Middle of the Night und Pipe Dream, 1958 für Look Homeward, Angel, Miss Lonelyhearts, The Squareroot of Wonderful, Oh, Captain! und The Day the Money Stopped, 1960 für The Best Man und Gypsy sowie 1961 für The Devil’s Advocate.
Nachdem er 1976 eine weitere Nominierung für einen Tony Award bekommen hatte, wurde er 1970 für Child’s Play mit zwei weiteren Tony Awards für das beste Szenenbild sowie für das beste Beleuchtungsdesign ausgezeichnet. Zuletzt bekam er 1971 eine Nominierung für den Tony Award für das Szenenbild in Father’s Day.
Mielziner arbeitete bis zu seinem an den Folgen eines Herzinfarkts während der Fahrt in einem Taxi rund fünfzig Jahre als Szenenbildner und soll noch während dieser Taxifahrt mit David Merrick die designerischen Konzepte für das Szenenbild von The Baker’s Wife besprochen haben, die nach seinem Tod von Ming Cho Lee vollendet wurden.