Nelson Appleton Miles werd geboren op 8 augustus 1839 in Westminster, MA. Opgegroeid op de boerderij van zijn familie, werd hij lokaal opgeleid en kreeg later werk in een servieswinkel in Boston. Miles was geïnteresseerd in militaire zaken, las veel over het onderwerp en volgde nachtschool om zijn kennis te vergroten. In de periode vóór de burgeroorlog werkte hij met een gepensioneerde Franse officier die hem boor en andere militaire principes leerde. Na het uitbreken van de vijandelijkheden in 1861 verhuisde Mile snel naar het Union Army.
Op 9 september 1861 kreeg Miles de opdracht als eerste luitenant in de 22e Massachusetts Volunteer Infantry. In dienst van het personeel van brigadegeneraal Oliver O. Howard, zag Miles voor het eerst gevechten in de Battle of Seven Pines op 31 mei 1862. In de loop van de gevechten raakten beide mannen gewond waarbij Howard een arm verloor. Herstellend werd Miles gepromoveerd tot luitenant-kolonel voor zijn moed en toegewezen aan de 61e New York. In september raakte de commandant van het regiment, kolonel Francis Barlow, gewond tijdens de Slag om Antietam en Miles leidde de eenheid de rest van de dag door met vechten.
Voor zijn optreden werd Miles gepromoveerd tot kolonel en nam hij permanent bevel over het regiment. In deze rol leidde hij het tijdens de nederlagen van de Unie in Fredericksburg en Chancellorsville in december 1862 en mei 1863. In de laatste verloving werd Miles zwaar gewond en ontving later de eremedaille voor zijn acties (bekroond met 1892). Vanwege zijn verwondingen miste Miles begin juli de Slag om Gettysburg. Herstellend van zijn wonden, keerde Miles terug naar het leger van de Potomac en kreeg het bevel over een brigade in generaal-generaal Winfield S. Hancock's II Corps.
Hij leidde zijn mannen tijdens de Battles of the Wilderness and Spotsylvania Court House, Miles bleef goed presteren en werd op 12 mei 1864 gepromoveerd tot brigadegeneraal. Miles behield zijn brigade en nam deel aan de resterende opdrachten van Overland van luitenant-generaal Ulysses S. Grant. Campagne inclusief Cold Harbor en Petersburg. Na de Zuidelijke ineenstorting in april 1865 nam Miles deel aan de laatste campagne die werd afgesloten met de overgave bij Appomattox. Met het einde van de oorlog werd Miles in oktober gepromoveerd tot generaal-majoor en kreeg hij het commando over II Corps.
Miles, die toezicht hield op Fort Monroe, kreeg de taak om president Jefferson Davis gevangen te zetten. Getuchtigd omdat hij de geconfedereerde leider in ketenen had gehouden, moest hij zich verdedigen tegen beschuldigingen dat hij Davis mishandelde. Met de vermindering van het Amerikaanse leger na de oorlog, was Miles verzekerd van een regelmatige commissie vanwege zijn uitstekende gevechtsrecord. Reeds bekend als ijdel en ambitieus, probeerde Miles invloed op hoog niveau te brengen in de hoop de sterren van zijn generaal te behouden. Hoewel een bekwaam invloed venter, faalde hij in zijn doel en in plaats daarvan werd aangeboden een kolonel commissie in juli 1866.
Gruwelijk acceptabel, vertegenwoordigde deze commissie een hogere rang dan veel tijdgenoten met West Point-verbindingen en soortgelijke ontvangen gevechtsrecords. Miles wilde zijn netwerk uitbreiden en trouwde in 1868 met Mary Hoyt Sherman, nicht van generaal-majoor William T. Sherman. Hij nam het bevel over het 37th Infantry Regiment en zag plicht aan de grens. In 1869 kreeg hij het bevel over het 5th Infantry Regiment toen de 37th en 5th werden geconsolideerd. Miles was actief op de Southern Plains en nam deel aan verschillende campagnes tegen de indianen in de regio.
In 1874-1875 hielp hij bij het leiden van Amerikaanse troepen naar de overwinning in de Rode Rivieroorlog met de Comanche, Kiowa, Zuid-Cheyenne en Arapaho. In oktober 1876 werd Miles bevolen naar het noorden toe te zien op de operaties van het Amerikaanse leger tegen de Lakota Sioux na de nederlaag van luitenant-kolonel George A. Custer bij de Little Bighorn. Opererend vanuit Fort Keogh voerde Miles meedogenloos campagne door de winter waardoor veel van de Lakota Sioux en Noord-Cheyenne gedwongen werden zich over te geven of naar Canada te vluchten. Eind 1877 dwongen zijn mannen de overgave van Nez Perce van Chief Joseph.
In 1880 werd Miles gepromoveerd tot brigadegeneraal en kreeg hij het bevel over het ministerie van Columbia. Hij bleef vijf jaar in deze functie en leidde kort het ministerie van Missouri totdat hij werd aangestuurd om de jacht op Geronimo in 1886 over te nemen. Het bevel van Miles verliet het gebruik van Apache-verkenners en trok Geronimo door het Sierra Madre-gebergte en marcheerde uiteindelijk over 3000 mijl voordat luitenant Charles Gatewood onderhandelde over zijn overgave. Miles wilde graag krediet vermelden, maar verzuimde de inspanningen van Gatewood te vermelden en bracht hem over naar het Dakota-gebied.
Tijdens zijn campagnes tegen de indianen pionierde Miles met het gebruik van de heliograaf voor het signaleren van troepen en bouwde heliograaflijnen van meer dan 100 mijl lang. Gepromoveerd tot generaal-majoor in april 1890, werd hij gedwongen de Ghost Dance-beweging neer te zetten die tot meer weerstand onder de Lakota had geleid. In de loop van de campagne werd Sitting Bull gedood en Amerikaanse troepen gedood en gewond rond 200 Lakota, inclusief vrouwen en kinderen, in Wounded Knee. Toen hij hoorde van de actie, bekritiseerde Miles later de beslissingen van kolonel James W. Forsyth bij Wounded Knee.
In 1894, terwijl hij het bevel voerde over het ministerie van Missouri, hielden Miles toezicht op de Amerikaanse troepen die hielpen bij het neerhalen van de Pullman Strike-rellen. Eind dat jaar kreeg hij het bevel om het bevel te voeren over het ministerie van Oost met het hoofdkantoor in New York City. Zijn ambtstermijn bleek kort toen hij het volgende jaar na de pensionering van luitenant-generaal John Schofield de bevelhebber van het Amerikaanse leger werd. Miles bleef in deze positie tijdens de Spaans-Amerikaanse oorlog in 1898.
Met het uitbreken van vijandelijkheden, begon Miles te pleiten voor een aanval op Puerto Rico voorafgaand aan een invasie van Cuba. Hij betoogde ook dat elk offensief zou moeten wachten tot het Amerikaanse leger naar behoren was uitgerust en getimed was om het ergste seizoen van gele koorts in het Caribisch gebied te voorkomen. Gehinderd door zijn reputatie moeilijk te zijn en in botsing te komen met president William McKinley, die snelle resultaten zocht, werd Miles snel aan de kant gezet en verhinderd een actieve rol te spelen in de campagne in Cuba. In plaats daarvan observeerde hij Amerikaanse troepen in Cuba voordat hij in juli-augustus 1898 een campagne in Puerto Rico mocht voeren. Zijn troepen vestigden zich op het eiland en trokken op toen de oorlog eindigde. Voor zijn inspanningen werd hij gepromoveerd tot luitenant-generaal in 1901.
Later dat jaar verdiende hij het vuur van president Theodore Roosevelt, die de ijdele generaal een 'dappere pauw' noemde, voor het kiezen van partij in een ruzie tussen admiraal George Dewey en admiraal Winfield Scott Schley, en kritiek op het Amerikaanse beleid met betrekking tot de Filippijnen. Hij werkte ook om de hervorming van het oorlogsdepartement te blokkeren, die de positie van commandant-generaal zou hebben omgezet in een stafchef. Miles bereikte de verplichte pensioengerechtigde leeftijd van 64 in 1903 en verliet het Amerikaanse leger. Omdat Miles zijn superieuren had vervreemd, stuurde Roosevelt niet het gebruikelijke felicitatiebericht en was de minister van Oorlog niet aanwezig op zijn pensioenceremonie.
Miles ging terug naar Washington, DC en bood herhaaldelijk zijn diensten aan tijdens de Eerste Wereldoorlog, maar werd beleefd afgewezen door president Woodrow Wilson. Miles, een van de beroemdste soldaten van zijn tijd, stierf op 15 mei 1925, terwijl hij zijn kleinkinderen naar het circus bracht. Hij werd begraven op de Arlington National Cemetery met president Calvin Coolidge aanwezig.