Jonny Lee Miller es un actor reconocido por su trabajo en el cine, la televisión y el teatro. En 2011, Miller participó en el estreno mundial de Frankenstein, una nueva obra basada en el clásico de Mary Shelley, que se presentó en el Teatro Nacional de Londres y fue dirigida por Danny Boyle. Miller compartió con Benedict Cumberbatch los premios Olivier y Evening Standard que obtuvo por su papel en la obra, ya que ambos se alternaron en los papeles de Victor Frankenstein y el monstruo.
Este año participará en el thriller vampírico de Neil Jordan Byzantium, junto a Gemma Arterton y Saoirse Ronan. También ha trabajado en el telefilm/episodio piloto de Sherlock Holmes de la CBS Elementary, una versión contemporánea del famoso detective, con Lucy Liu en el papel de Watson.
Miller se dio a conocer internacionalmente con su papel de Sick Boy, el drogadicto punk del drama de Danny Boyle Trainspotting, donde actuó junto a Ewan McGregor. Recientemente ha trabajado en el drama basado en hechos reales The Flying Scotsman, por el que recibió nominaciones al premio BAFTA escocés y al London Film Critics Circle por su retrato del innovador e inquieto ciclista Graeme Obree. Otras películas en las que ha trabajado son Afterglow, de Alan Rudolph; Behind the Lines, de Gillies MacKinnon; Plunkett y Macleane; Mansfield Park; Melinda y Melinda, de Woody Allen y Æon Flux. También ha participado en películas de cine independiente como Endgame, que se proyectó en festivales de cine antes de emitirse en la PBS, y ganadora de una nominación al Emmy a la Mejor Película para Televisión.
En televisión, Miller participó en múltiples episodios del éxito de Showtime Dexter, y compartió una nominación al premio Screen Actors Guild® con el resto del reparto de la serie en el año 2010. También actuó durante dos temporadas con un papel protagonista en la serie de la ABC, aclamada por la crítica Eli Stone. Otros de sus trabajos en televisión incluyen la miniserie La jornada del muerto, basada en la novela de Larry McMurtry, y proyectos de la BBC como la adaptación en cuatro partes de la novela de Jane Austen Emma; la miniserie Los cuentos de Canterbury, y el telefilm Byron, donde interpretaba el papel de Lord Byron.
Miller debutó en Broadway en 2009 en la obra de teatro After Miss Julie, donde actuó junto a Sienna Miller. Su último trabajo en teatro ha sido la producción de 2005 de West End de Someone Wholl Watch Over Me.