Σκηνοθέτης ψυχολογικών δραμάτων στα οποία συχνά έπαιζε ρόλο το αστυνομικό μυστήριο, ο Μιλέρ έγινε ευρύτερα γνωστός στις αρχές της δεκαετίας του 1980 με το φιλμ «Η ανάκριση» (Garde a vous) όπου μέσα από μια ατελείωτη ανάκριση ο αστυνομικός επιθεωρητής Λίνο Βεντούρα προσπαθεί να διαπιστώσει αν ο ανακρινόμενος (Μισέλ Σερό) είναι όντως ένοχος για μια δολοφονία ή όχι. Πολλά χρόνια αργότερα το φιλμ έγινε αμερικανικό ριμέικ με τους Μόργκαν Φρίμαν, Τζιν Χάκμαν και Μόνικα Μπελούτσι.

Ο διασημότερος τίτλος ταινίας του Μιλέρ στην Ελλάδα παραμένει η «Μικρή κλέφτρα» με την Σαρλότ Γκενσπούργκ , ενώ γνωστές ταινίες του είναι επίσης ο «Εφιάλτης στο χιόνι» (1998), το «Μυστικό» (2008) με την Σεσίλ ντε Φρανς και η «Μικρή Μίλι», μια από τις καλύτερες ταινίες της ηθοποιού Λουντβίν Σενιέ. Αυτή την περίοδο ο Κλοντ Μιλέρ βρισκόταν στα γυρίσματα της τελευταίας ταινίας του, «Thérèse Desqueyroux» με πρωταγωνίστρια την Οντρέι Τοτού.

Η «Μικρή κλέφτρα» και ο «Εφιάλτης στο χιόνι» διαγωνίστηκαν στις Κάννες διεκδικώντας τον Χρυσό Φοίνικα.