Elle est découverte par deux agents italiens dans un café de San Francisco. Avec l'accord de sa mère, elle part en Italie quelques mois plus tard, malgré sa personnalité timide et conservatrice. Miller attire l'attention en 1998 en apparaissant en couverture du magazine Perfect 10, puis en 2001 quand elle rencontre Mario Testino qui la photographie pendant qu'elle surfe.
De 2004 à 2008, elle pose pour le magazine Sports Illustrated. En 2004, elle n'est pas habillée sur sa photo. C'est en effet la technique du body painting qui a été utilisée. Elle déclare alors que ça a pris huit heures à être réalisé. En 2006, elle apparaît dans leur calendrier puis, en 2008, elle fait la couverture du Sports Illustrated Swimsuit Issue.
En 2008, elle devient l'égérie de Harley-Davidson. La même année, elle s'associe à Vans afin de créer une collection nommée « Vans by Marisa Miller ».
Elle est régulièrement citée dans différents classements des femmes les plus sexy. En 2010, elle est élue troisième femme la plus sexy de l'année par le magazine américain FHM (derrière Cheryl Cole et Megan Fox), et elle arrive seconde du classement des femmes les plus désirables au monde du site web askmen.com[2].
Vie privée
En 2000, elle se marie à Jim Miller un organisateur de concours de surf (sport dont elle est passionnée depuis son enfance) et maître-nageur originaire de Californie. Ils se séparent en 2002 et divorcent peu de temps après. Marisa décide de garder le nom de Miller, nom sous lequel elle est devenue connue. Elle se remarie au producteur de musique, Griffin Guess. Ensemble, ils ont deux fils, nés le 14 décembre 2012 puis le .
