Amy Millan naît à Etobicoke, en banlieue de Toronto, en 1973. Jeune, elle fréquente une école spécialisée dans le théâtre où elle fait la rencontre de Kevin Drew et Emily Haines. Avec Haines, elle fonde le groupe Edith's Mission, qui ne dure que bien peu longtemps. Au terme de ses études secondaires, Millan déménage à Montréal où elle habite trois ans pendant ses études à l'université Concordia. Elle en profite pour se produire en solo dans des petits bars et des cafés
À son retour à Toronto, elle fonde le groupe 16 Tons et écrit de nombreuses chansons qui lui serviront plus tard. À la dissolution de sa formation, Millan plie bagage et part pour Los Angeles où elle tente de percer, sans succès, jusqu'à son retour à Toronto.
De retour à la maison, elle reçoit un appel d'Evan Cranley, avec qui elle a déjà joué à l'époque de 16 Tons. Cranley fait partie de la formation Stars, qui est basée à New York. Elle est donc convoquée pour une audition en décembre 1999. Par la suite, le groupe revient au Canada, mais à Montréal plutôt qu'à Toronto. Après avoir peu contribué à l'album Nightsongs, qui était pratiquement terminé quand elle a joint le groupe, Millan s'implique dans Heart, qui paraît en 2003. Le groupe se fait surtout connaître avec la sortie, en 2004, de Set Yourself on Fire. Le groupe propose également In Our Bedroom After the War (2007) et le EP Sad Robots (2008). Parallèlement à Stars, Millan collabore également souvent avec Broken Social Scene de son ami Kevin Drew.
En marge de sa carrière au sein de Stars, Millan développe aussi sa carrière en solo. Elle propose l'album Honey from the Tombs, en 2006. La majeure partie des chansons qui le composent ont été écrites avant 2000. Plusieurs de ses amis, dont des membres de Broken Social Scene, participent au disque.
Loin du rock de Stars, Millan privilégie le country et le folk sur ses chansons en solo. Elle lance un second disque, intitulé Masters of the Burial, en septembre 2009.
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