Miller și-a început cariera de actorie la începutul anilor '80, făcându-și debutul în serialul de televiziune "The Wonder Years." Totuși, tranziția sa către film a scos cu adevărat în evidență talentul său. A obținut o recunoaștere semnificativă pentru rolul din biografia apreciată de critici "Chaplin" (1992), unde a interpretat-o pe celebra actriță Mabel Normand alături de Robert Downey Jr. Această interpretare nu doar că a evidențiat abilitatea sa de a întruchipa personaje complexe, dar a stabilit-o și ca o actriță proeminentă în Hollywood.
Rolul său de cotitură a venit cu drama criminală din 1993 "Carlito's Way," regizată de Brian De Palma. În acest film, Penelope Ann Miller a oferit o interpretare puternică în rolul lui Gail, iubita personajului lui Al Pacino, Carlito Brigante. Acest rol i-a consolidat statutul de actriță principală și a deschis uși pentru colaborări ulterioare cu regizori și actori de renume. De-a lungul carierei sale, Miller a continuat să colaboreze cu cineaști notabili și a participat la o varietate de genuri, demonstrându-și gama și adaptabilitatea.
Ca actriță, Penelope Ann Miller a evoluat artistic, trecând cu ușurință între film, televiziune și spectacole de teatru. Filmografia sa include o gamă diversificată de proiecte, cum ar fi "The Artist" (2011), care a primit aprecieri critice și a câștigat mai multe premii, evidențiind și mai mult talentul său într-un context de film mut. Abilitatea lui Miller de a aduce personajele la viață i-a adus recunoaștere nu doar în Hollywood, ci și pe platforme internaționale.
De-a lungul carierei sale, Miller a primit mai multe distincții pentru interpretările sale, inclusiv nominalizări la premii prestigioase. Contribuțiile sale la industria filmului i-au consolidat reputația ca o actriță talentată, al cărei lucru rezonează cu publicul din întreaga lume. Pe măsură ce continuă să accepte roluri noi și provocatoare, Penelope Ann Miller rămâne o figură semnificativă în peisajul cinematografiei contemporane.