Miles Davis apja fogorvos volt, így anyagi biztonságban nőtt fel, később szemrehányást is tett a zenekritikusoknak, akik szerint tehetséges jazz-zenészek csak nehéz sorból emelkedhetnek ki. Tizenhárom évesen kapta első trombitáját, tizennyolc évesen már Billy Eckstein zenekarában fújta. 1944-től a híres Juilliard School elődjébe iratkozott be, de egy év után félbehagyta tanulmányait, hogy teljesen a jazznek szentelhesse magát. Ekkoriban a bebop, Charlie Parker és Dizzy Gillespie hatása alatt állt, játéka azonban gyorsan megváltozott.
Különleges harmóniákkal, ritmusokkal és hangzásokkal kísérletezett, 1948-ban zenekart hozott össze, amelynek szokatlan összetételű fúvós szekciójában kürt és tuba is helyet kapott. A rövid életű formáció felvételeit később Birth of the Cool címmel adták ki; az album egy visszafogottabb stílus, a cool jazz születésére volt nagy hatással. A lemez elkészítésében Gil Evans segített neki, akivel az 1957-es Miles Ahead című lemezen is együtt dolgozott. Davisnek az ötvenes évek elején meg kellett küzdenie a heroin démonával. 1955-ben megalakíthatta első állandó együttesét, sokak szerint minden idők legnagyobb jazz-kvintettjét, amelyben John Coltrane játszott a szaxofonon. Legjobb albumaik a Round About Midnight, a Workin', a Steamin', a Relaxin'. 1957 és 59 között zenekari albumok sora következett (Miles Ahead, Porgy And Bess, Sketches Of Spain), azután Coltrane, Evans, Chambers, Jimmy Cobb és Cannonball Adderley közreműködésével elkészült két mérföldkő, a Milestones, és a Kind of Blue - sokak szerint a jazz legfontosabb és egész bizonyosan legnagyobb példányszámban eladott albuma. Davis improvizációit kevés akkordra és nem szabványos skálákra építette, a szólók elsősorban a dallamra összpontosítottak, a hangszerből a legérzelmesebb hangokat is ki tudta csalogatni.
A 60-as évek elején akusztikus zenével kísérletezett, írt filmzenét, majd fiatal tehetségekből összehozta második kvintettjét - a tagok között a műfaj olyan későbbi óriásai szerepeltek, mint Herbie Hancock, Tony Williams, Dave Holland és Wayne Shorter. Az új felállás repertoárja a bluestól az avantgárdon át a free-jazzig terjedt. Ugyanezzel az akusztikus felállással még három lemezt készített, a Miles Smilest, a Nefertitit, és a Filles De Kilimanjarót. Utóbbi idejében Davis már az elektronikus hangzás lehetőségeit kutatta, vonzották a rockzenében használt technikák, a szintetizátorok, a trombitához is csatlakoztatható wah-wah-pedál, és Jimi Hendrix hatására az elektromos gitárban rejlő lehetőségeket is fel akarta fedezni. Próbálkozásai eleinte vegyes fogadtatásban részesültek, majd fokozatosan egyre szélesebb körben – mind a fekete, mind a fehérbőrű jazz- és rockrajongók között – talált hívekre. Ebből a korszakból két nagyon fontos lemez származik, az In A Silent Way és a Bitches Brew, melyeket a fúziós jazz megalapozásának szoktak tekinteni. A közreműködők között volt Keith Jarrett, Airto Moreira, Chick Corea, Dave Holland, Joe Zawinul, Billy Cobham és Jack DeJohnette. Jellemző Davisre, hogy együttesének tagjai gyakran a nála szerzett tapasztalatok után váltak világhírűvé, ugyanis ritka jó érzéke volt hozzá, hogy felismerje és kibontakoztassa a tehetséget.
Miles Davis 1972-ben egy autóbalesetben megsérült és néhány évig keveset hallatott magáról. Hat évvel későbbi visszatérésekor már élő klasszikusként, a jazz megújítójaként ünnepelték, lévén új bandájával funkys elemeket is beépített zenéjébe. E korszak mérföldkövei a The Man With The Horn, majd a You’re Under Arrest, majd a Tutu, s végül a Doo-Bop című albumok voltak. A Tutun jelentős a diszkós hatás, míg a Doo-Bop a hip-hop befolyását mutatja. Hátralévő éveiben szorgosan turnézott (Budapesten 1989-ben és 1991-ben lépett fel), kísérletező kedvét sem vesztette el, s még Prince-szel is dolgozott együtt. Utolsó alkotói korszakában mindig viták kereszttüzében állt: vádolták azzal, hogy zenéje túl popos és "elárulta" a jazzt, hogy túlságosan elszakadt a gyökerektől, kritizálták különcségét, érdes stílusát, hogy túlságosan kedveli a luxust. 1991. szeptember 28-án halt meg egy kaliforninai kórházban, utolsó albuma, a Doo-Bop posztumusz jelent meg. Miles életéről és felbecsülhetetlen jelentőségéről Ian Carr írt könyvet, 2011 karácsonyára pedig a Sony-Columbia Kalózkiadások címmel a legenda kiadatlan felvételeiből bocsátott piacra (Live in Europe 1967: The Bootleg Series Vol. 1.) három CD-t és egy DVD-t.