W czerwcu 2003 został wybrany w trzeciej rundzie draftu przez Tampa Bay Devil Rays[1], jednak nie podpisał kontraktu z organizacją tego klubu, gdyż zdecydował się podjąć studia na University of North Carolina w Chapel Hill, gdzie w latach 2004–2006 grał w drużynie uniwersyteckiej North Carolina Tar Heels. W 2006 ustanowił dwa rekordy uczelni zaliczając w sezonie 133 strikeouty i 325 podczas kariery w NCAA. Ponadto został uznany przez magazyn Baseball America najlepszym baseballistą w NCAA, a także wybrany najlepszym miotaczem Atlantic Coast Conference i wybrany do pierwszego składu All-ACC[2].
Sezon 2007 rozpoczął od występów w Lakeland Flying Tigers (Class A-Advenced), następnie grał w Erie SeaWolves (Double-A). 16 maja został powołany do składu Tigers w miejsce kontuzjowanego Jeremy'ego Bondermana[5]. Dwa dni później w meczu z St. Louis Cardinals na Comerica Park zaliczył pierwszy start w MLB, rozgrywając sześć zmian i notując zwycięstwo[6]. Po powrocie Bondermana, Miller został odesłany do Erie SeaWolves[7]. W MLB rozegrał 13 meczów, notując bilans W-L 5–5[1].
Florida Marlins
W grudniu 2007 w ramach wymiany zawodników przeszedł do Florida Marlins[1]. Sezon 2008 rozpoczął jako starter. Po powrocie do składu Marlins pod koniec sierpnia, po wyleczeniu kontuzji kolana odniesionej w lipcu, w dziewięciu meczach grał jako reliever[1][8]. W 2009 rozegrał 20 spotkań, z czego 14 jako starter[1]. W sezonie 2010 grał w New Orleans Zephyrs (Triple-A), Jupiter Hammerheads (Class A-Advenced) oraz w Jacksonville Suns (Double-A)[3]. Na występy w MLB kolejne powołanie otrzymał 19 sierpnia 2009[9]. Sezon zakończył z bilansem 1–5 przy wskaźniku ERA 8,54[1].
Boston Red Sox
W listopadzie 2010 w ramach wymiany przeszedł do Boston Red Sox[1]. W grudniu 2010 został zaproszony na występy w spring training, jednak po jego zakończeniu został odesłany do Pawtucket Red Sox (Triple-A)[3]. 19 czerwca 2011 został powołany do 40-osobowego składu Boston Red Sox[3] i dzień później zadebiutował w barwach nowego zespołu w meczu przeciwko San Diego Padres jako starter, notując no-decision[10]. W 2011 rozegrał 17 spotkań (12 startów) uzyskując bilans 6–3 i ERA 5,54[1].
Sezon 2012 rozpoczął od występów w Greenville Drive (Class A), następnie występował w Pawtucket Red Sox[3]. Do gry w MLB powrócił 6 maja[3]. Pomimo iż nie zagrał żadnego meczu World Series, w których Boston Red Sox pokonali St. Louis Cardinals, otrzymał mistrzowski pierścień[11].