ไมโล เวนติมิกเลีย นำแสดงในละครโทรทัศน์ ช่อง NBC เรตติ้งสูงสุดของปี 2006-2007 เรื่อง Heroes หนังได้รับการเสนอชื่อชิงรางวัล Golden Globe สาขาละครโทรทัศน์แนวชีวิตยอดเยี่ยม และได้รางวัล People's Choice Award สาขาซีรี่ส์ยอดเยี่ยม ไมโลได้รับความสนใจอย่างรวดเร็วเมื่อเขาได้ร่วมแสดงเป็น เจซ ชายหนุ่มที่เงียบขรึมและซับซ้อนในละครทีวีชีวิต เรื่อง Gilmore Girls นอกจากนั้นไมโลยังร่วมแสดงในซีรี่ส์ของ ทอม ฟอนทาน่า เรื่อง The Bedford Diaries และหนังชีวิตที่มีชื่อเสียงอย่างมากเรื่อง American Dreams ชื่อเสียงทางโทรทัศน์ของเขายังรวมถึงการแสดงบทที่นำกลับมาทำใหม่ในหนังชีวิตของ เดวิด อี เคลลี่ เรื่อง Boston Public และยังแสดงเป็นดารารับเชิญให้กับซีรี่ส์ยอดฮิตอย่าง The Fresh Prince of Bel Air, C.S.I., Sabrina the Teenage Witch และ Promiseland
ไมโลได้ร่วมแสดงในหนังเกี่ยวกับการปล้นเรื่อง Armored กับแมทท์ ดิลลอน และลอเรนซ์ ฟิชเบอร์น และภาพยนตร์ที่เรื่อง The Chaos Theory และ Game ที่เขาแสดงกับ เจอราล์ด บัทเลอร์ ภาพยนตร์ที่เขาเล่นเป็นลูกชายของซิลเวสเตอร์ สตอลโลน ในการกลับมาครั้งที่หก ของร็อคกี้ ในเรื่อง Rocky Balboa ซึ่งหนังเรื่องนี้ประสบความสำเร็จในบ็อกซ์ ออฟฟิศตามความคาดหมาย นอกจากนี้ไมโลยังได้ร่วมแสดงในภาพยนตร์เรื่อง Stay Alive, Dirty Deeds, Sheer Bliss, Massholes และหนังเขย่าขวัญเรื่อง Cursed หนังสั้นเรื่อง Nice Guys Finish Last และ Must be the Music ซึ่งเปิดตัวเป็นครั้งแรกในงานเทศกาลหนัง Sundance Film Festival ในปี 1996
ไมโลได้กำกับซีรี่ส์เรื่องแรกของแบรนด์เสื้อผ้า American's Eagle ซึ่งเป็นหนังตลกชื่อ It's a Mall World ผลิตโดยบริษัท Divide Pictures ซึ่งเป็นบริษัทสร้างหนังของเขาเอง ซี่รี่ส์ทั้ง 12 ตอนจะฉายให้ดูใน ae.com เท่านั้น และตัวอย่างหนังเวลา 3 นาทีก็เปิดตัวไปแล้วในช่อง MTV ช่วง "Real World Disney" America Eagle ได้ว่าจ้างให้ไมโลและบริษัท Divide Pictures ของเขาอีกครั้งเพื่อจะผลิตและกำกับซีรี่ส์เรื่อง Home for the Holidays
