生于加利福尼亚州雷东多海滩，卒于加利福尼亚埃尔塞里托。1928年在加利福尼亚理工学院获学士学位，1929年在该校获硕士学位。1932年在普林斯顿大学获博士学位。同年以国家研究员身份进入加利福尼亚大学伯克利分校工作，1934年进入该校E.O.劳伦斯教授的辐射实验室工作，从分子束相关研究转入核物理研究，1935年起在物理系任教，1946年被聘为教授。他于1951年获得诺贝尔化学奖的成果即出自1939～1940年在辐射实验室的研究工作。第二次世界大战期间（1940～1945）麦克米伦离开加利福尼亚大学伯克利分校去从事国防研究：1940～1941年进入麻省理工学院辐射实验室；1941～1942年就职于圣地亚哥的美国海军无线电和声呐实验室；1942～1945年在位于洛斯阿拉莫斯的曼哈顿陆军工程特区工作。1947年当选美国科学院院士。1954年任美国劳伦斯-伯克利国家实验室助理主任，1958年任副主任，同年任主任，直到1973年退休。

1938年，O.哈恩等发现核裂变现象后，麦克米伦用加速器加速的粒子通过核反应研究铀的裂变产物。这些产物初始具有很大能量，因此能从靶子中逸出而进入贴近靶子的纸叠层中。但在分析靶子残留的放射性时，除了原来铀的一些同位素外，还出现了半衰期分别为约23分钟和2.3天的两种β放射性核素。前一种是之前已被哈恩等人确认的铀的一种同位素，后一种由前者生成，因此应该是超铀元素。1940年夏，他和P.H.艾贝尔森分离、鉴定了这一新元素，命名为镎；1940年底，他又和G.T.西博格等人发现了另一个超铀元素钚。1945年，在从事国防研究期间发现了“稳相”原理，推动了同步加速器和同步-回旋加速器的发展，使得人工加速粒子的能量达到百兆电子伏量级。在第二次世界大战期间还曾进行雷达、声呐和核武器的研究。由于发现超铀元素，他和西博格共同获得1951年诺贝尔化学奖。1963年，与苏联工程物理学家V.I.韦克斯勒教授同获原子和平奖。1990年，获得美国国家科学奖章。