Die attraktive Rotblonde, die als schlanke Schönheit zwischen Nicole Kidman und Mira Sorvino auch in deren Rollenspektrum arbeitet, spielt couragierte Frauen, die sich ihrer Arbeit hingeben, ohne Karrierefrauen zu sein. Sie ist humorvoll, pragmatisch und mit Brille reizvoll erotisch. Im Film war sie Wissenschaftlerin und Gangsterliebchen, beste Freundin und Geliebte, Lehrerin und Patentochter, und bewältigt Komödien und Action-Filme gleichermaßen. Penelope Ann Miller, geboren 1964 in Los Angeles, begann mit 18 ein Schauspielstudium in New York und wurde vom Komödienautor Neil Simon entdeckt, der sie als Daisy in seinem Stück "Biloxi Blues" einsetzte, eine Rolle, die sie auch in der Filmversion von Mike Nichols spielte. Sie war die aufopferungsvolle Freundin von Katatonie-Patient Robert De Niro in "Zeit des Erwachens" und die Tochter des Paten Marlon Brando in "Freshman" sowie die engagierte Lehrerin, die Arnold Schwarzenegger in "Kindergarten Cop" mit der Pädagogik der Kleinen vertraut macht. Auf der Jagd nach einer wertvollen Weinflasche in Peter Yates' "Das Jahr des Kometen", wird sie in der Comic-Verfilmung "Shadow und der Fluch des Khan" von einem Superverbrecher entführt. Als Geliebte des Gangsters und Nachtclubbesitzers Al Pacino in Brian De Palmas "Carlito's Way" erhielt sie eine "Golden Globe"-Nominierung. Ihr attraktivster Einsatz war der der Evolutionsbiologin im Naturkundemuseum in Chicago, die quasi im Alleingang das Monster in "Das Relikt" bezwingt.
2000 kam Penelope Ann Miller in dem Actionthriller "Killing Virus - Todesflug 335" in die amerikanischen Kinos. Als Biologin Laura Chadwick hilft sie einer Hobbypilotin bei der Landung einer Maschine, deren Passagiere von einer tödlichen Seuche bedroht werden. Im selben Jahr war sie neben Morgan Freeman im Entführungsfilm "Im Netz der Spinne" von Lee Tamahori zu sehen. Eindrucksvoll und intensiv wirkte sie in der Rolle der Chirurgien Gillian Hayes in "Last Heartbeat - Tödliche Falle". Ein geheimnisvoller Bombenleger attackiert ihre Patienten, indem er die Herzschrittmacher manipuliert. Das FBI verdächtigt daraufhin zu Unrecht die Ärztin. Im Erstlingsthriller der Brüder Oxide und Danny Pang "The Messenger" zog sie mit Mann (Dylan McDermott) und zwei Kindern in eine idyllisch gelegene Farm. Doch die Idylle erweist sich als Schein.
Die Kalifornierin, die auch einige Jahre mit Matthew Broderick zusammenlebte, war ein Jahr (von 1994 -1995) mit dem kanadischen Schauspieler Will Arnett verheiratet und ist seit 2000 mit James Huggins verheiratet. Im Dezember 2000 hat sie ihre Tochter Eloisa May zur Welt gebracht.