Millie Brown wurde 2004 im andalusischen Marbella als Tochter des britischen Maklers Robert Brown und dessen Ehefrau Kelly als drittes von vier Kindern geboren. Als Brown vier Jahre alt war, zog die Familie mit ihr zurück nach Großbritannien. Dort besuchte sie die Grundschule in Bournemouth. 2011 siedelte die Familie arbeitsbedingt in die Vereinigten Staaten nach Orlando in Florida über.

Brown wurde zudem für die Verfilmung der Romanreihe Enola Holmes, die von der US-amerikanischen Autorin Nancy Springer verfasst wurde, für die Hauptrolle sowie als Produzentin in Zusammenarbeit mit Legendary Entertainment engagiert. Weiterhin ist sie erneut als Madison Russell für Godzilla vs. Kong besetzt worden. Im November 2018 wurde sie in New York City im Rahmen des Weltkindertages zur bislang jüngsten UNICEF-Sonderbotschafterin ernannt. Sie unterstützte die Organisation bereits seit 2016.

Brown lebt mit ihrer Familie gegenwärtig hauptsächlich in Atlanta, wo die Dreharbeiten zu Stranger Things stattfinden