Ο Τζον Στιούαρτ Μιλ γεννήθηκε στο Πέντονβιλ (Pentonville) του Λονδίνου, μεγαλύτερος γιος του Σκώτου φιλοσόφου Τζέιμς Μιλ (1773-1836). Εκπαιδεύτηκε από τον πατέρα του, με τις συμβουλές και την βοήθεια των Jeremy Bentham και Francis Place. Του δόθηκε εξαιρετικά αυστηρή ανατροφή, και σκοπίμως προστατεύτηκε από τη συναναστροφή με συνομήλικά του αγόρια. Ο πατέρας του, οπαδός του Μπένταμ, είχε ως σκόπιμο στόχο του να δημιουργήσει μια ιδιοφυή διάνοια που θα μετέφερε την υπόθεση του ωφελιμισμού και της υλοποίησής του μετά το θάνατο του Μπένταμ.
Τα κατορθώματά του ως παιδί ήταν εξαιρετικά. Στην ηλικία των τριών διδάχτηκε το ελληνικό αλφάβητο και μεγάλες λίστες ελληνικών λέξεων με τις αγγλικές αντίστοιχές τους. Μέχρι την ηλικία των οκτώ είχε διαβάσει τους Μύθους του Αισώπου, την Ανάβαση του Ξενοφώντα, και ολόκληρο τον Ηρόδοτο, και ήταν εξοικειωμένος με τον Λουκιανό, τον Διογένη Λαέρτιο, τον Ισοκράτη και έξι διαλόγους του Πλάτωνα. Είχε επίσης διαβάσει πολύ ιστορία στα αγγλικά και είχε διδαχθεί αριθμητική.
Σύμφωνα με τον Μπέιν (Bain) η αυτοβιογραφία του μάλλον μειώνει το εύρος της δουλειάς που είχε καταφέρει ως παιδί μετά την ηλικία των οκτώ. Στα οκτώ του άρχισε να μαθαίνει Λατινικά, τον Ευκλείδη και άλγεβρα και του ανατέθηκε η διδασκαλία στα νεώτερα παιδιά της οικογένειας. Η βασική του μελέτη παρέμεινε η ιστορία, αλλά μελέτησε και όλους τους Λατίνους και Έλληνες συγγραφείς που διδάσκονταν την εποχή εκείνη στα σχολεία και τα πανεπιστήμια. Δεν διδάχτηκε να συνθέτει στα Λατινικά ή τα Ελληνικά, και ποτέ δεν ήταν πραγματικός λόγιος. Τα διδάχτηκε για το αντικείμενο που έπρεπε να μελετήσει, και μέχρι την ηλικία των δέκα μπορούσε να διαβάσει Πλάτωνα και Δημοσθένη με ευκολία. Η "Ιστορία της Ινδίας" του πατέρα του εκδόθηκε το 1818. Αμέσως μετά, περίπου στην ηλικία των δώδεκα, ο Τζον άρχισε να μελετά εξονυχιστικά την σχολαστική λογική, διαβάζοντας ταυτόχρονα τις λογικές πραγματείες του Αριστοτέλη στην πρωτότυπη γλώσσα. Τον επόμενο χρόνο ήρθε σε επαφή με την πολιτική οικονομία και μελέτησε τους Άνταμ Σμιθ και Ντέιβιντ Ρικάρντο με τον πατέρα του - ολοκληρώνοντας τελικά την κλασική οικονομική θεώρησή τους των παραγόντων παραγωγής.
Το 1823 ίδρυσε με τον Τζέρεμυ Μπένταμ την Westminster Review ως εφημερίδα για τους φιλοσοφικούς ριζοσπάστες. Η εντατική όμως αυτή μελέτη είχε τραυματικά αποτελέσματα στην νοητική υγεία του Μιλ. Στην ηλικία των 21 υπέστη νευρικό κλονισμό. Όπως εξηγείται στο πέμπτο κεφάλαιο της Αυτοβιογραφίας του, ο κλονισμός προκλήθηκε από την μεγάλη σωματική και πνευματική καταβάρυνση από τις σπουδές του, που είχε καταπιέσει κάθε συναίσθημα ή πνευματική αναζήτηση που θ' ανέπτυσσε φυσιολογικά στην παιδική του ηλικία. Ωστόσο, η κατάθλιψη τελικά υποχώρησε, καθώς βρήκε παρηγοριά στην ποίηση του Ουίλιαμ Γουόρντσουερθ (William Wordsworth), και στην φιλική συντροφιά της Χάρριετ Τέυλορ (Harriet Taylor). Η ικανότητά για συναίσθημα ξαναβγήκε στην επιφάνεια, σημειώνοντας πως "το σύννεφο σταδιακά υποχώρησε".
Ο Μιλ εργάστηκε για την Βρετανική Εταιρεία Ανατολικών Ινδιών, αλλά ήταν επίσης φιλελεύθερο μέλος του Κοινοβουλίου. Συνηγόρησε υπέρ της ελάφρυνσης του βάρους απέναντι στην Ιρλανδία, και βασικά εργάστηκε για ό,τι θεωρούσε λογική. Στο Θεωρήσεις για την Αντιπροσωπευτική Κυβέρνηση (Considerations on Representative Government) ο Μιλλ κάλεσε για διάφορες μεταρρυθμίσεις του Κοινοβουλίου και της ψηφοφορίας, ιδιαίτερα για την αναλογική εκπροσώπηση και την επέκταση του εκλογικού δικαιώματος. Ήταν νονός του Μπέρτραντ Ράσσελ.
Το 1851 ο Μιλλ παντρεύτηκε την Χάρριετ Τέυλορ μετά από 21 χρόνια φιλίας. Η Τέυλορ υπήρξε σημαντική επιρροή στο έργο και τις ιδέες του Μιλλ κατά τη διάρκεια της φιλίας τους και του γάμου τους. Η σχέση του με την Χάρριετ Τέυλορ ενέπνευσε τη συνηγορία του Μιλ για τα γυναικεία δικαιώματα. Ο Μιλ θεωρείται ως ένας από τους πρώτους φεμινιστές. Το άρθρο του "The Subjection of Women" (1861) είναι από τα πρώτα έργα πάνω στο θέμα των δικαιωμάτων των γυναικών που γράφτηκαν από άντρες συγγραφείς.
Εξελέγη ανεξάρτητος βουλευτής Ουέστμινστερ στις εκλογές του 1865 νικώντας το φιλελεύθερο, στρατηγό Ντι Λέισι Έβανς. Νικήθηκε στις επόμενες εκλογές, του 1868, από τον μετέπειτα υπουργό, συντηρητικό Ουίλιαμ Σμιθ.