Marisa Miller, a właściwie Marisa Lee Bertetta, urodziła się w 1978 roku w Santa Cruz w Kalifornii. Kształciła się m.in. w Monte Vista Christian School. W wywiadach opisuje siebie jako nieśmiałą nastolatką. W wieku 16 lat w jednej z kawiarni w San Francisco została dostrzeżona przez dwóch włoskich agentów modelek i kilka miesięcy później znalazła się na pokładzie samolotu do Włoch. Po raz pierwszy zwróciła na siebie uwagę w 1997 roku, kiedy jej zdjęcia znalazły się w magazynie "Perfect 10".
Początkiem wielkiej kariery był 2001 rok, kiedy zdjęcia Marisy zrobił znany fotograf Mario Testino. Już pół roku później zaczęła pracować dla znanej firmy Victoria's Secret (później została jednym z "aniołków" VS), a jej zdjęcie znalazło się na okładce magazynu "Sports Illustrated".
Oprócz pracy w modelingu zarabia na występach w reklamach (m.in. w latach 2008-2010 reklamowała motocykle słynnej firmy Harley-Davidson) i w programach telewizyjnych (m.in. w 2004 roku była w jury "Manhunt: The Search for America's Most Gorgeous Male Model"). Zaprojektowała buty dla firmy Vans (w sprzedaży od 2008 roku). Wystąpiła również w jednym z odcinków serialu "
Jak poznałem waszą matkę".
Udziela się charytatywnie w organizacjach American Cancer Society, Surfuder Foundation i Young Survival Coalition.