Miller inngikk det første av sine tre ekteskap i 1940 med Mary Grace Slattery, og de fikk to barn. Men så traff han skuespillerinnen Marilyn Monroe, og da havarerte dette ekteskapet. Arthur Miller ble gift med Marilyn Monroe den 29. juni 1956 (de ble skilt i 1961). Han har også skrevet manus til film, blant annet Marilyn Monroes siste film, .