13 листопада 1862 р. він побачив світ у с. Котельва, Охтирського повіту, на Полтавщині. Його рідна сестра Ольга Петрівна Арцибашева (1855 р.). Родина багатих дворян дала дітям ґрунтовну домашню освіту, потім у гімназії в Охтирці, у харківській Першій чоловічій гімназії. Вищу освіту здобув на історико-філологічному факультеті Харківського університету. У ті часи для дітей навіть багатих батьків було престижно самому підробити копійку, тому 23-річний студент зв’язав своє життя до останнього дня з газетою «Южный край». За 26 років Дмитро працював і нічним коректором, і редактором. Перша наукова праця Дмитра Міллера «Голштинські набори у Малоросії» (1892) була опублікована в журналі «Кіевская старина».
Згодом Міллер обрав ще одне місце серед улюблених фоліантів: одночасно працював помічником бібліотекаря в Харківському університеті. Там, риючись у книгах, почав (під впливом Багалія) працювати над розвідками з історії Слобожанщини. Дмитро Міллер, учень академіка Дмитра Багалія закінчив університет із відзнакою та ступенем кандидата історичних наук.
Двоє Дмитрів (учитель і ученик) написали двотомник – фундаментальну «Історію Харкова за 250 років його існування» (1905, 1912).
У спогадах сучасників знаходимо такі характеристики Дмитра Міллера: «Надзвичайно скромна людина, невтомний трудоголик, справжній українець», «джентльмен з голови до ніг»; тонкий знавець російської літератури, палкий борець за українське слово.
Учений створив брошури про О. Розумовського, Г. Потьомкіна, Х. Алчевську, Д. Багалія, історичні розділи до 8-го тому видання «Народная энциклопедия» (1912).
В останні роки Дмитро Петрович досліджував історію ремісницьких цехів в Україні. Цю працю Багалій вважав докторською дисертацією. 
Дуже перегукуються з нашим часом праці Дмитра Міллера з історії Лівобережної України: «Суди земські, міські та підкоморські у 18 ст.» (1895) та «Перетворення козацької старшини на дворянство» (1897).
27 червня 1913 р. у Харкові на 49-му році упокоївся Дмитро Міллер, український історик, дослідник історії права Гетьманщини й Слобожанщини.
