Первый матч футболисты «Миллуолла» провели 03.10.1895 (именно эта дата и считается официальным днем рождения клуба) и со счетом 0:5 проиграли команде «Файллибрук». С ноября 1886 года «Миллуолл» стал участвовать в турнирах под эгидой вновь образованной Футбольной ассоцииации Ист-Энда. Учтя уроки неудачного дебюта, футболисты стали усердно тренироваться и на протяжение 15 последующих матчей не потерпели ни одного поражения. В первом составе командк играли: Дункан Хин (капитан), Джордж Оливер, Дж. Рики, Патрик Холоэн, Оуэн Элиас, Генри Ганн, Том Джессуп, Джо Поттер, Фрэд Нортвуд, Джон Роулэнд, Джеймс Крэуфорд, Гарри Батлер и Джорд Сим.

Первые годы «Миллуолл» выступал в региональных турнирах Лондона, Южной и Западной лиг. Начиная с сезона 1887/1888 «Муллуолл» играл в квалификации Кубка Англии, но успехов не добивался. В первом же кубковом поединке, 05.11.1887, «Львы» были разгромлены спортсменами «Олд Вестминстерс» со счетом 8:1. Лишь в сезоне 1894/1895 «Львы» дошли до первого основного раунда, но 02.02.1895 были остановлены футболистами «Шеффилда Юнайтед» (3:1). Команду тогда тренировал Уильям Хендерсон.

В марте 1900 года «Миллуолл» достиг полуфинала Кубка Англии, где по итогам двух матчей уступил «Саутгемптону» (0:0, 0:3), и в это же время у клуба появилась эмблема со львом и девиз: «мы не боимся никакого противника, куда бы мы ни шли». В 1903 году клуб под руководством Джорджа Сандерса снова дошёл до полуфинала национального кубка, но проиграл «Дерби Каунти» со счётом 0:3. В 1910 году команда переехала на новый стадион «Ден» и руководство решило сократить название (с апреля 1889 года оно звучало как «Миллуолл Атлетик») до нынешнего. В 1920 году, «Миллуолл» стал официальным членом Футбольной лиги Англии, а в первом лиговом матче (третий дивизион) 28.08.1920 на своём стадионе победил «Бристоль Роверс» со счетом 2:0. В сезоне 1927/1928 «Миллуолл» стал победителем своего турнира и пробился во второй дивизион, но через шесть лет вновь опустился лигой ниже. С августа 1918 года по апрель 1933 года с командой работал Роберт Хантер, проведший с коллективом 573 матча (+244=153–176).

В 1937 году «Миллуолл» с Чарли Хьюиттом во главе снова дошёл до полуфинала Кубка Англии, но опять уступил, на этот раз «Сандерленду» со счётом 1:2. Год спустя три игрока команды (по итогам сезона 1937/1938 она вернулась во второй дивизион), впервые в истории клуба, были призваны в национальные сборные. В сезоне 1936/1937 на футболках «Миллуолла» появилась эмблема с изображением льва, а прежде на игровых майках просто вышивались буквы MRFC (Millwall Rovers Football Club).

До 60-х годов XX века «Миллуолл» был единственным английским клубом, который начинал домашние матчи не в 15:00, как большинство команд того времени, а в 15:15, чтобы портовые рабочие смогли закончить смену и успеть дойти до стадиона к началу футбольного матча. Эти самые суровые, дюжие рабочие лондонских доков, члены портового профсоюза London and Surrey (а позже – и их потомки), для которых футбол наряду с выпивкой и драками были чуть ли не единственными занятиями после работы, и являлись главными поклонниками клуба. А дорогу от станции «New Cross» до стадиона «The Den» фанаты других команд не без оснований называли не иначе как «Дорога смерти».

Послевоенные годы оказались для клуба весьма неудачными. До начала 80-х годов «Львы» постоянно скитались по дивизионам (второй, третий, четвертый и обратно). В сезоне 1971/1972 им не хватило лишь одного очка, чтобы впервые прорваться в первый дивизион. С коллективом тогда работал Бенни Фентон. Свидание с элитой пришлось отложить до 1988 года, когда команда под руководством Джона Дохерти (проработал в команде с июля 1986 по февраль 1990 года) стала триумфатором Д-2, заняв в турнире 1-е место при 23-х участниках. Стоит отдать должное также Джорджу Грэму, который руководил «Миллуоллом» с декабря 1982 по май 1986 года, и заложил фундамент успеха. Главной ударной силой «Львов» был грозный атакующий дуэт в лице итало-ирландца Тони Каскарино (он пришел в команду в 1987 году из «Джиллигема») и Тедди Шерингема, который с 1982 по 1991 провел за лондонский клуб 262 официальных матча и забил 111 голов. Его скауты «Миллуолла» высмотрели в любительской команде «Лейтонстоун энд Илфорд».

В дебютном сезоне 1988/1989 «Миллуолл» (он стартовал в элите 27.08.1988 выездным матчем с «Астон Виллой», который завершился со счетом 2:2) выступил довольно удачно. Одно время команда даже лидировала, но в итоге заняла почетное для дебютантов 10-е место, а Шерингем и Каскарино забили по 15 голов. Позже Шерингем называл тот год потрясающим временем, когда маленький «Миллуолл» выигрывал матчи, которые не мог выиграть, и сводил вничью те, где не имел права не проиграть.

Однако, задержаться в первом дивизионе не удалось, и по итогам сезона 1989/1990 (20-е место из 20-ти возможных) «Миллуолл» резко спикировал вниз. Попытка вернуться в сезоне 1990/1991 закончилась неудачей в плей-офф, не помогли и 37 голов, забитых Шерингемом. После этого Каскарино и Шерингем покинули команду (первый, проведя за «Львов» 143 официальных матча и забив 54 гола, в 1990 году перебрался в «Астон Виллу», а второй в 1991 направился в «Ноттингем Форест»), и хотя пару раз «Львы» были очень близки к возвращению уже в Премьер-Лигу (сезоны 1993/1994, 2001/2002), но до сих пор те два сезона в элите остаются для «Миллуолла» лучшим достижением в чемпионате. Долгие годы клуб скитался между лигами, а в настоящее время играет в Championship.

В середине октября 2003 года бывший капитан лондонского «Челси» Деннис Уайз стал играющим тренером команды (он сменил на этом посту Марка Макги), а помогал ему экс-игрок сборной Англии Рэй Уилкинсон. Новому руководителю удалось впервые в истории клуба вывести команду в финал Кубка Англии. Это стало самым значимым успехом «Миллуолла», совершившим в этом сезоне настоящий спортивный подвиг.

В решающем поединке 22.05.2004, проведённом на стадионе «Миллениум» в Кардиффе, «Миллуолл» проиграл гораздо более классному «Манчестер Юнайтед» со счетом 0:3 благодаря голу Криштиану Роналду после навеса Гэри Невилла в конце первого тайма, и «дублю» голландца Руда ван Нистелроя во втором.

За «Миллуолл» в этом историческом для клуба финале играли: Энди Маршалл, Марвин Эллиотт, Мэттью Лоуренс (капитан), Даррен Уорд, Робби Райан (Барри Коган), Деннис Уайз (Кертис Уэстон), Дэвид Ливермор, Пол Ифилл, Питер Суини, Тим Кэхилл, Нил Харрис (Марк Маккэммон). И еще. На 88-й минуте на поле появился Кертис Уэстон, ставший самым молодым игроком финала Кубка Англии за 123-летнюю историю розыгрыша этого трофея. Ему на тот момент исполнилось 17 лет и 129 дней. Также в матче был побит еще один рекорд. «Миллуолл» оказался первым клубом не из элитного дивизиона, который добрался до финального поединка, со дня образования английской Премьер-лиги в 1992 году.

Выход в финал Кубка Англии позволил «Миллуоллу» впервые принять участие в розыгрыше Кубка УЕФА. Первым соперником англичан стал будапештский «Ференцварош». На своем поле «Львы» смогли добиться ничейного результата 1:1 (у хозяев отличился Деннис Уайз), но три гола венгров в первом тайме ответного матча на стадионе «Уллой-ути» в Будапеште поставили крест на надеждах лондонцев продолжить еврокубковую борьбу. Правда, Деннис Уайз сумел сократить разрыв, однако, несмотря на вдохновенную игру во втором тайме (вышедший на замену Питер Суини угодил в штангу, а Марк Маккаммон – в перекладину), большего «Миллуолл» добиться не сумел. В мае 2005 года Уайза из команды уволили.