Вскоре после окончания аспирантуры был принят в институт на должность младшего научного сотрудника и возглавил отдел Комитета по экономической реформе Исполкома Ленсовета. С 1991 по 1996 год Алексей Борисович работал в комитете по внешним связям мэрии Санкт-Петербурга и руководителем отдела конъюнктуры рынка Управления внешнеэкономических связей. Затем занимал посты начальника Управления, заместителя Председателя Комитета. Председателем комитета в то время был В.В. Путин.

С 1996 по 1999 год занимал должность директора по развитию и инвестициям OAO "Морской порт Санкт-Петербург". С 1999 по 2000 год Генеральный директор ОАО "Балтийская трубопроводная система". В 2000 году Алексей Миллер был назначен заместителем Министра энергетики РФ. В 2001 году Алексей Борисович Миллер стал Председателем Правления ОАО "Газпром", а через год заместителем Председателя Совета директоров ОАО "Газпром".

В 2001 Алексей Миллер возглавил российскую делегацию на проходившей в Вене Конференции ОПЕК. Вёл переговоры с министрами нефти Алжира, Венесуэлы, Кувейта, Саудовской Аравии, а также с генеральным секретарем ОПЕК Али Родригесом.

Алексей Миллер – кандидат экономических наук, награжден Орденом "За заслуги перед Отечеством" IV степени, Медалью Ордена "3a заслуги перед Отечеством" II степени, Орденом "Креста Венгерской Республики" II степени за заслуги в энергетическом сотрудничестве, Орденом "Святого Месропа Маштоца" (Республика Армения), Орденом Русской Православной Церкви Сергия Радонежского II степени и Патриаршей грамотой.