Millie Brown est née en 2004 en Espagne de parents britanniques. Elle déménage en 2011 à Orlando en Floride avec sa famille. C'est là que la jeune Millie se fait repérer en 2013 par un dénicheur de talents hollywoodien qui arrive à convaincre les parents de la fillette qu'elle possède des instincts innés de comédienne. Ni une ni deux, la petite famille fait ses valises direction Los Angeles où Millie ne tarde pas à engager un agent. En moins de trois mois de présence dans la ville californienne, l'actrice obtient le rôle de la jeune Alice dans la série Once Upon a Time in Wonderland. La jeune comédienne se voit ensuite offrir le rôle de Madison O'Donnell dans Intruders où elle s'illustre dans la peau de cette petite fille spéciale. Elle apparaît ensuite dans NCIS, Modern Family et Grey's Anatomy avant de décrocher un rôle d'importance, celui d'Eleven dans la série fantastique Netflix, Stranger Things. Millie y campe à nouveau une fillette étrange et spéciale, cette fois-ci dotée de super-pouvoirs, notamment la télékinésie.