I ICM-undersökningen fann 34% att Tory ledaren och 23% hans Labour rival.
UKIP-ledaren Nigel Farage föredrogs av 8% och Lib Dem Nick Clegg 5% - även om 21% svarade "ingen av dem".
Prof Roger Scully vid Cardiff University sa att om Mr Miliband stod bakom Cameron i en sådan "arbetsbastion" som Wales, kunde han kämpa någon annanstans.
Han tillade dock: "Margaret Thatcher vann ett val 1979, trots att han i allmänhet stod bakom James Callaghan i opinionssiffrorna", med hänvisning till den första av fyra på varandra följande konservativa segrar över Labour.
Folk ombads att bortse från sina egna partipreferenser när de namngav ledaren som de trodde skulle bli den bästa premiärministern.
Stödet för vidare delegering av makt till monteringen minskade till 40 %, från 49 % i september.
Omkring en tredjedel av de tillfrågade - 33 procent - sade att församlingen hade tillräckliga befogenheter, en ökning med 7 procentenheter.  Fyra procent sade att det borde ha färre krafter - upp 2 poäng - med 13% vill skrota monteringen helt - upp 1.
Stödet för självständighet hade fördubblats från 3 % till 6 %.
"Det finns en klyfta nu mellan dem som är någorlunda nöjda med saker som de är, och den något större gruppen som vill att saker och ting ska gå något längre, men inte så långt som självständighet," Prof Scully sade.
Efter att ha bett om att välja vilken institution som de trodde var mest benägna att förbättra saker och ting för sig själva och sin familj valde 38 procent församlingen, 26 procent Westminster-parlamentet, 20 procent deras lokala råd och 6 procent Europeiska unionen.
Prof Scully sa att detta visade "en sorts bred, resterande goodwill" mot församlingen.
När det gäller Europa sade nästan två tredjedelar - 63 procent - att de skulle föredra att Storbritannien stannade kvar i Europeiska unionen, och 33 procent ville lämna landet.
När det gäller studieavgifter vid universitet som subventionerats av den walesiska regeringen stödde nästan två tredjedelar av dem som tillfrågades stöd till studenter vid något universitet i Storbritannien, medan 37 % sade att de bara borde få stöd för att studera vid walesiska universitet.
BBC Wales utbildningskorrespondent Arwyn Jones sade: " Det är inte särskilt förvånande att så många människor i Wales är för den walesiska regeringens studiebidrag.
"Det är det mest generösa erbjudandet till studenter från någon del av Storbritannien.
"Den största oppositionen mot politiken kommer inte från allmänheten, utan från universiteten i Wales och oppositionspartierna i församlingen.
"De säger att över 90 miljoner är "förlorat" för dem varje gång en student från Wales går för att studera i England.
– Förra veckan instämde inte en rapport från det oberoende institutet för högre utbildning i den åsikten.
"Den påpekade att det huvudsakliga problemet är att institutionerna förlorar pengar förutsätter att de förlorar i första hand och att de först gör anspråk på de belopp som står på spel. Det är bestridligt.
"Det finns en översyn av politiken för närvarande, men den kommer inte att rapportera tillbaka för ett år till.
"En modell som beaktas är att endast studenter som väljer att studera i Wales skulle få stipendiet - vår undersökning tyder på att 37 procent av människor i Wales skulle stödja det."
ICM intervjuade 1 000 vuxna mellan den 19 och den 26 februari 2015.
Fler walesiska väljare tror att David Cameron skulle vara en bättre premiärminister än Ed Miliband, enligt en ny opinionsundersökning för BBC Wales.