میلو ونتیمیلیا در 8 ژوئیه 1977 در آناهایم، کالیفرنیا به دنیا آمد. او فرزند کارول و پیتر ونتیمیلیا است. میلو از کودکی به بازیگری علاقه داشت و در سن 8 سالگی در نمایش‌های مدرسه شرکت می‌کرد. او تحصیلات خود را در رشته تئاتر در دانشگاه UCLA به پایان رساند. ونتیمیلیا اولین نقش تلویزیونی خود را در سال 1995 در سریال "The Fresh Prince of Bel-Air" ایفا کرد. او در سال‌های بعد در سریال‌های مختلفی از جمله "Sabrina, the Teenage Witch" و "CSI: Crime Scene Investigation" حضور داشت. اما شهرت او با بازی در نقش جس مارینو در سریال "Gilmore Girls" آغاز شد. در سال 2006، ونتیمیلیا نقش پیتر پترلی را در سریال "Heroes" به دست آورد که باعث افزایش محبوبیت او شد. پس از آن، او در فیلم‌های سینمایی مانند "Rocky Balboa" و "That's My Boy" نیز حضور یافت. در سال 2016، ونتیمیلیا نقش جک پیرسون را در سریال موفق "This Is Us" به دست آورد که عملکرد او در این سریال مورد تحسین منتقدان قرار گرفت. علاوه بر بازیگری، ونتیمیلیا در زمینه تهیه‌کنندگی و کارگردانی نیز فعالیت داشته است. او شرکت فیلم‌سازی خود به نام DiVide Pictures را تاسیس کرده و چندین پروژه تلویزیونی را تهیه کرده است. ونتیمیلیا همچنین به فعالیت‌های خیریه علاقه‌مند است و از سازمان‌های مختلف حمایت می‌کند. در زندگی شخصی، ونتیمیلیا مدتی با همبازی خود در "Heroes"، هایدن پنتیر، در رابطه بود. او در حال حاضر مجرد است و در لس‌آنجلس زندگی می‌کند.