Escriu una continuació per a aquest paràgraf - Va entrar a l'equip dels Estats Units per als Jocs Olímpics d'hivern de 2010 a finals de 2009 i va ser seleccionat per competir en les cinc disciplines, malgrat la seva falta d'entrenament. En la seva primera cursa, després de diversos retards a causa del clima càlid i les males condicions de neu, Miller va guanyar una medalla de bronze en el descens, el primer americà a guanyar una medalla olímpica en descens des que Tommy Moe va guanyar l'or el 1994. El temps de Miller va ser de 1:54.40, nou centesimes de segon darrere del medallista d'or Didier Défago, i dues centesimes darrere d'Aksel Lund Svindal, que va prendre la plata; la diferència de temps entre les medalles d'or i bronze va ser la més petita en la història de descens olímpic. Després va guanyar una medalla de plata en el super-G, donant-li quatre medalles olímpiques, més que qualsevol altre corredor d'alps americà. El 21 de febrer de 2010, va guanyar la seva primera medalla d'or olímpica en el super combinat. Després de la part de descens de la cursa, Miller va quedar en setè lloc, però va acabar tercer en la part de slalom, donant-li un temps total de 2:44.92 per acabar primer en la general. Miller no va poder acabar el slalom gegant.
i l'slalom, i es va treure la resta de la temporada a causa de problemes continuats amb la seva lesió al turmell.