约翰·威拉德·米尔诺1931年2月20日出生于美国新泽西州奥兰治。1948年进入普林斯顿大学学习数学，本科期间即解决了波兰数学家博尔苏克提出的一个著名问题。1951年本科毕业，1954年在福克斯指导下获博士学位，论文关于纽结理论。

1956年，年仅25岁的米尔诺做出了20世纪拓扑学最惊人的发现之一：他证明了7维球面上存在非标准的微分结构（后来被称为『怪异球面』），这直接催生了微分拓扑学这一全新分支。为此他获得1962年菲尔兹奖，时年31岁。

米尔诺对K-理论的贡献同样深远。他在1960年代初发展了代数K-理论，将拓扑K-理论的思想引入代数领域，这一理论后来在代数、数论、几何中都有广泛应用。他在1960年代初发现的米尔诺K2群和米尔诺猜想，直到20世纪末才由沃耶沃茨基等人证明。

1970年米尔诺开始研究动力系统，开创复动力系统领域，他的讲义《单复变函数动力学》是该领域的经典入门读物。在几何群论领域，他提出了米尔诺-施瓦茨引理和群增长概念。

米尔诺著述以清晰、精确、优雅著称，几乎每一部著作都成为该领域的标准教材。他长期在普林斯顿大学、纽约州立大学石溪分校任教，后任普林斯顿高等研究院教授。2011年获阿贝尔奖，1989年获沃尔夫奖，2014年获美国国家科学奖章，是少数同时获得菲尔兹奖、沃尔夫奖、阿贝尔奖三大数学奖的数学家。