Originaire d'une petite bourgade du Queensland en Australie, George Miller entreprend des études de médecine avant de s'orienter vers le cinéma. En 1971, il écrit et réalise un court métrage intitulé Violence in the Cinema, Part 1 qui remportera deux prix de l'Australian Film Institute et sera présenté aux festivals de Sydney et de Moscou. Le film est produit par son fidèle associé Byron Kennedy, avec qui il fondera la société Kennedy Miller.

Il connaît son premier grand triomphe en 1979 avec son long métrage Mad Max, un road movie apocalyptique interprété par Mel Gibson et qui fut largement censuré en raison de nombreuses scènes de violence. Fort de ce succès, le réalisateur signe deux suites intitulées Mad Max 2 et Mad Max au-delà du Dôme du Tonnerre. Steven Spielberg l'invite à réaliser le dernier segment de La Quatrième dimension, considéré par les critiques comme le meilleur de cette anthologie. Il s'agit d'un huis-clos dans un avion attaqué par une créature monstrueuse.

En 1982, George Miller perd son associé Byron Kennedy dans un accident d'hélicoptère. Il poursuit alors leurs activités communes avec Doug Mitchell sous l'égide de la société Kennedy Miller. Le cinéaste revient à Hollywood, pour réaliser Les Sorcières d'Eastwick, une comédie fantastique interprétée par Jack Nicholson et Susan Sarandon, qu'il dirigera par la suite dans le film dramatique Lorenzo. En 1995, il change de registre en produisant et en écrivant le scénario du familial Babe, le cochon devenu berger. Le public est séduit par cet attachant héros à quatre pattes, poussant Miller à réaliser trois ans plus tard la suite intitulée Babe, le cochon dans la ville.

Après une éclipse de 8 ans, il revient à la réalisation en mettant en scène un manchot de l'Antarctique dans Happy Feet. Il s'agit de son premier film d'animation, qui obtient un succès retentissant auprès du public à travers le monde et qui remporte également l'Oscar du meilleur film d'animation en 2007. Une suite, intitulée sobrement Happy Feet 2, est aussitôt mise en chantier, avec toujours le cinéaste australien aux commandes. Le film sort en 2011 mais malheureusement, cette fois-ci, le succès n'est pas au rendez-vous. Le film ne rapporte que 159 millions de dollars dans le monde pour un budget de 135 millions de dollars.

Cela n'affecte pas très longtemps le cinéaste qui dès l'année suivante entame le tournage d'une grosse production, dont il a écrit le scénario depuis près de dix ans mais qui a connu de nombreux problèmes dans sa phase de production. Il s'agit du nouveau volet de sa célèbre franchise, Mad Max : Fury Road, une sorte de reboot et d'hommage à sa trilogie originale. Tom Hardy y reprend le rôle tenu auparavant par Mel Gibson. Ce nouveau chapitre est sélectionné pour être projeté en Sélection Officielle Hors Compétition du Festival de Cannes 2015.

Très bien accueilli par le public et la critique, le film donne lieu à un spin-off consacré à la jeunesse de Furiosa - campé non plus par Charlize Theron mais par Anya Taylor-Joy -, attendu dans les salles pour 2024. Entre temps, l'Australien est Président du Jury du Festival de Cannes 2016 et revient sur la Croisette en 2022 pour présenter Hors Compétition Trois mille ans à t'attendre, un conte romantique et baroque porté par Tilda Swinton et Idris Elba.