Wentworth Earl Miller III est né le 2 Juin 1972, en Angleterre car son père y faisait ses études, mais c'est aux États-Unis qu'il grandit, plus exactement dans le quartier new-yorkais de Brooklyn où son père est assistant du procureur et sa mère enseignante spécialisée. Ensuite, sa famille s'installe à Sewickley en Pennsylvanie.
Son prénom provient de Captain Frederick Wentworth, un personnage du roman Persuasion de Jane Austen. Son père et son grand-père paternel se prénomment également Wentworth.
Wentworth Miller a de multiples origines : « Ma mère blanche est à la fois d'origine russe et libanaise. L'une de mes tantes m'a raconté que nous serions reliés à un pirate français, le capitaine Coquet... Mon père est noir, il a du sang anglais, d'origine syrienne et libanaise. , jamaïcain, noir américain et même indien peau-rouge. Il a aussi une arrière grand-mère malienne-réunionaise ». C'est l'une des raisons pour lesquelles il a étudié le français à l'université. Dans une autre interview, Miller précise également: « My father is black and my mother is white. Therefore, I could answer to either which kind of makes me a racial Lone Ranger, at times, caught between two communities. » (« Mon père est noir et ma mère est blanche. Ça fait de moi une sorte de cavalier solitaire des races, coincé entre deux cultures. »). Il a deux s½urs plus jeunes, Gillian et Leigh qui est la benjamine. Gillian est avocate et Leigh est en école de droit.
