高中时，米洛·文堤米利亚曾担任高年级学生会主席。他带着奖学金进入了位于洛杉矶美国戏剧学院的夏季培训班，并入读加州大学洛杉矶分校。1990年，参演个人首部电视剧《新鲜王子妙事多》。
1993年，参演剧情电影《SavedbytheBell:TheNewClass》。1996年，参演由保罗·哈吉斯执导的爱情犯罪电影《EZStreets》；同年，出演短片《一定是音乐》；9月17日，出演的家庭剧《PromisedLand》播出；9月27日，由其出演的家庭奇幻剧《小女巫萨布琳娜第一季》首播。
1997年，参演剧情电影《BrooklynSouth》。1998年，由其参演的剧情电影《Kelly》上映。1999年，参演犯罪剧《法律与秩序：特殊受害者第一季》；同年，出演剧情电影《SpeedwayJunky》；此外，还出演了爱情喜剧电影《她是我的全部》。
2000年，与阿丽克西斯·布莱德尔合作主演现代家庭剧《吉尔莫女孩第一季》；7月17日，与克里斯·埃文斯、艾莉森·麦克等联合主演的爱情剧《异性》播出；10月23日，由其参演的校园剧《高校风云》播出；同年，参演喜剧电影《Massholes》。
2001年，出演的电视剧《吉尔莫女孩第二季》播出；同年，与克里斯托弗·马斯特森、简·林奇联合主演剧情短片《NiceGuysFinishLast》。2002年，由其参演的音乐剧《美国梦第一季》播出；9月24日，出演的电视剧《吉尔莫女孩第三季》播出；2003年8月13日，与安娜·法瑞丝合作主演的喜剧电影《颠峰辣妹派》上映。
2004年，参演剧情电影《GramercyPark》。2005年2月25日，与波西亚·德·罗西、莎诺·伊丽莎白联合主演的惊悚电影《诅咒》上映；8月26日，出演青春喜剧电影《下流高校》。
2006年，与丘增、艾丽·拉特联袂主演科幻剧《超能英雄第一季》，在剧中饰演能够在空中飞行的超级英雄皮特·佩泰利，他凭借该剧入围第9届青少年选择奖最佳剧情TV男演员奖；3月24日，由其出演的恐怖电影《生存游戏》上映；4月1日，由其主演的惊悚短片《Intelligence》上映；12月20日，与西尔维斯特·史泰龙、波特·杨联合出演的动作电影《洛奇6：永远的拳王》上映；同年，被杂志《人物》评为最性感男人之一；此外，还出演了爱情电影《青春性日记》。
2007年，主演电视剧《超能英雄第二季》，他凭借该剧获得第10届青少年选择奖最佳动作冒险TV男演员奖；同年，担任剧情电影《It'saMallWorld》的制作人。2008年，出演喜剧短片《High-FiveHollywood!》；9月22日，出演的电视剧《英雄第三季》播出，他凭借该剧入围第11届青少年选择奖最佳动作冒险TV男演员奖。
2009年9月4日，参演的动作电影《真人游戏》上映；9月21日，由其出演的电视剧《英雄第四季》首播；12月4日，与马特·狄龙、让·雷诺联袂出演的动作惊悚电影《激战运钞车》上映；同年，担任剧情电影《DaveKnollFindsHisSoul》的制作人。
2010年，由其主演的惊悚电影《混沌的秩序》上映；同年，担任剧情电影《Ultradome》的制作人。2011年，与劳伦·日尔曼合作主演惊悚电影《隔绝》。2012年，与迈克尔·拉帕波特、莱莉·科奥联合主演恐怖电影《诅咒之吻》；同年，参演由西恩·安德斯执导的喜剧电影《爸爸的好儿子》。
2013年1月1日，与丽贝卡·达·科斯塔联袂出演的惊悚电影《断裂边缘》上映；1月17日，由其出演的犯罪剧《杀无赦第一季》播出；7月，由其出演的喜剧电影《长大后2》在美国上映；7月12日，与罗伯特·德尼罗、约翰·特拉沃尔塔共同主演的动作电影《致命对决》上映；12月4日，与乔·博恩瑟共同主演犯罪剧《洛城黑帮》；此外，还出演了电视剧《杀无赦第二季》。
2014年，与妮可·基德曼、蒂姆·罗斯联合出演的爱情电影《摩纳哥王妃》上映；8月15日，与艾伦·图代克、凯缇·萨克霍夫联合主演的犯罪电影《犯罪与诈骗》上映；9月22日，由其参演的惊悚剧《哥谭第一季》首播。
2015年，由其出演的动作犯罪电影《致胜王牌》上映；1月30日，与杰森·斯坦森合作出演动作电影《怒火保镖》；6月，与巴里·斯隆、莉莉·拉贝联合主演的科幻剧《天外来客》上映；同年，主演喜剧电影《沃尔特都知道》。
2016年，与曼迪·摩尔合作主演家庭剧《我们这一天第一季》，他凭借该剧入围第69届艾美奖剧情类剧集最佳男主角奖；3月31日，由其主演的惊悚电影《疯狂之城》上映；4月29日，与布兰特·道格尔迪合作主演的爱情剧《情感状态第一季》播出；5月1日，参演的纪录片《WhereIsRockyII?》在加拿大上映；同年，出演电视剧《吉尔莫女孩：生命中的一年》。
2017年，与亚当·桑德勒、詹妮弗·哈德森联袂出演喜剧电影《桑迪》；同年，与布里吉特·瑞根共同主演恐怖电影《恶魔之门》；9月26日，主演电视剧《我们这一天第二季》。
2019年1月，第24届奥斯卡最准风向标评论家选择奖公布获奖。米洛·文堤米利亚凭借作品《我们这一天》，获得最佳剧情类剧集男主角。
家庭
米洛·文堤米利亚的嘴有些歪，因为他出生时下嘴唇末尾神经坏死。他家中有两位姐姐，他的父亲是来自意大利西西里岛的一位销售员，母亲是一名教师，有着爱尔兰、英格兰、苏格兰、法国、北美印第安以及印度血统。
感情
2000年，米洛·文堤米利亚在拍摄电视剧《吉尔莫女孩第一季》时与女主角阿丽克西斯·布莱德尔结缘。2006年7月，两人分手。2008年，米洛·文堤米利亚与海顿·潘妮蒂尔在拍摄电视剧《英雄》时开始交往。
2009年4月19日，米洛·文提米利亚在洛杉矶参加“HeroesForAutism”慈善活动。
艾美奖
MTV电影电视奖
土星奖
青少年选择奖
人民选择奖
美国演员工会奖
奥斯卡最准风向标评论家选择奖
米洛·文提米利亚是一个名字有点古怪的帅哥，他是一个典型代表，集意大利、爱尔兰、英格兰、苏格兰、法国、北美印第安以及印度血统于一身的他，拥有着一张完全不对称却让人欲罢不能的迷人脸型，在米洛的略现清秀、犹豫的脸上可以同时看到亚平宁、英伦以及亚裔的混合特征。他常常以谦谦君子形象示人，通过传统的绅士造型，将与生俱来的贵族气质充分彰显。