Omar Benson Miller a débuté à l'écran dans la comédie de Wally Wolodarsky
SORORITY BOYS, tournée durant son séjour à l'école de cinéma, théâtre et télévision de l'Université d'État de San Jose. Engagé dès la fin de ses études pour le rôle de «Sol George» dans 8 MILE de Curtis Hanson, il bénéficiera du succès international de ce film, que suivront notamment le téléfilm de John Leguizamo Undefeated, consacré à l'univers de la boxe, et la comédie romantique de Peter Chelsom Shall We Dance ? La Nouvelle Vie De Monsieur Clark, où il interprétera l'un des élèves de Jennifer Lopez.
Miller sera prochainement le partenaire de Drew Barrymore et Robert Duvall dans Lucky You. On pourra aussi le voir dans le film indépendant de Jefery Levy MAN OF GOD et en compagnie de Denise Richards dans la série UPN «Sex, Secrets and Lies».
En 2005, Omar Benson Miller joue aux côtés de 50 Cent dans le drame de Jim Sheridan, Réussir Ou Mourir avant de donner la réplique à Halle Berry dans Nos Souvenirs Brûlés, en 2007.
L'année suivante, il devient Jack Buckley dans le biopic consacré à Emile Davis, The Express réalisé par Gary Fleder.
En 2009, Spike Lee le fait jouer dans son nouveau film, Miracle At St. Anna.