Pintor autodidacta, sus primeras, y tempranas, incursiones en la pintura tuvieron como modelo los paisajes de Lanzarote y de su isla natal realizados en acuarela.
Tras un breve contacto con el surrealismo, impulsa la fundación del grupo LADAC (Los Arqueros del Arte Contemporáneo) ya inmerso en el constructivismo de Torres García y las pinturas aborígenes que evolucionarán hacia sus primeras Pictografías canarias. En ellas se pone de manifiesto su pasión por la arqueología que impregnará en gran medida su obra a partir de entonces.
El año 1955 marcará un punto de inflexión tanto en su vida personal como en el rumbo de su producción artística. Es ese el año en que abandona las islas para residir definitivamente en Madrid en compañía de su esposa Elvireta Escobio, y el momento también en el que simplifica su pintura e incorpora nuevos materiales –madera, cerámica, arena- y sobre todo la arpillera, material que se convertirá en la base de toda su producción futura.
En 1957 cofunda el grupo El Paso, que a pesar de su breve existencia –se disuelve tres años más tarde- constituyó un revulsivo en la vanguardia española de los años cincuenta. Las arpilleras de Millares se vuelven más violentas y el uso del color se reduce drásticamente al negro, blanco, rojo y el ocre de la propia arpillera. La proyección internacional de Millares se consolida bajo la tutela de sus marchantes en Estados Unidos y Europa, Pierre Matisse y Daniel Cordier, con exposiciones en París, Nueva York, San Francisco, Bruselas, Roma, Buenos Aires, Tokyo, Estocolmo o Río de Janeiro entre otras. Tras un periodo en el que el negro conquista las arpilleras con cuadros de gran formato y volumen, en su última etapa, el color blanco toma mayor protagonismo –“el triunfo del blanco” que apuntaría José-Augusto França- aunque su obra no pierde ni un ápice de su dramatismo. De estos periodos surgen los Homúnculos, Neanderthalios, Personajes caídos o Antropofaunas.
Paralelamente a sus cuadros con arpilleras, trabaja con otros soportes y técnicas, como la pintura sobre papel y los dibujos a tinta china. También tiene una importante producción de obra gráfica.
Con tan solo 45 años, se le diagnostica un tumor cerebral a causa del cual fallece en Madrid un año después en 1972.