Из многочисленных источников, включая и слова признаний, оброненных ими самими, этот его приезд стал началом любовного романа с Мэрилин Монро. Как рассказывает Камерон Митчел, молодой актер, игравший в Бродвейском спектакле «Смерть коммивояжера», однажды днем они с Мэрилин шли на обед и она внезапно остановилась. В нескольких ярдах от них, прислонившись к стене павильона звукозаписи, стояли два человека — Казан и Миллер. Ее внимание привлек Миллер, долговязый, как каланча, и она спросила у Митчела, кто это. Митчел представил их друг другу.
Случайное знакомство имело продолжение. Вскоре Миллер наблюдал за игрой Мэрилин на съемочной площадке в фильме «Пока вы молоды». Потом с Казаном на прицепе он зашел в гримерную, но ее там не оказалось. Режиссер картины, приятель Казана, предупредил драматурга, что после смерти Джонни Хайда актриса замкнулась в себе. По словам Миллера, они наконец отыскали Мэрилин на соседнем студийном складе. Мэрилин позже вспоминала, что, когда они появились, она плакала.
На той же неделе Миллер и Мэрилин встретились на вечеринке, устроенной Чарли Фелдменом, агентом Мэрилин и соседом Казана. По утверждению Наташи Лайтес, Мэрилин в тот день вернулась домой в 4 часа утра. Ей нестерпимо хотелось поговорить. «Я редко видела ее такой умиротворенной, — вспоминала Лайтес. — Она сняла туфлю и пошевелила большим пальцем. "Я встретила человека, Наташа, — сказала она. — Это было что-то! Видишь мой палец? Этот большой? Он сидел и держал его в своих руках. Я хочу сказать, что сидела на диван-кровати, и он тоже сидел на нем и держал мой палец. Знаешь, это был кайф! Знаешь, как глоток холодной воды, когда тебя мучает лихорадка"».
Не прошло и нескольких дней, как Миллер написал Мэрилин, предложив ей крут чтения. «Если вам нужен кто-то, кем вы хотели бы восхищаться, почему бы не взять для этого Авраама Линкольна?» Мэрилин, как это теперь хорошо известно, и без того уже обожала Линкольна. Ее восхищение им началось еще в ту пору, когда она училась в средней школе и когда ее сочинение о Линкольне было признано лучшим в классе. По счастливому совпадению Артур Миллер учился в школе Авраама Линкольна. Пять лет спустя, незадолго до заключения брака с Миллером, Мэрилин огорошит Джошуа Логана, режиссера фильма «Автобусная остановка» своим заявлением: «Правда, Артур выглядит в точности как Авраам Линкольн? Я просто без ума от него!»
«Он увлек меня тем, что умен, — признается Мэрилин королеве репортеров светской колонки Луэлле Парсонс. — У него ум сильнее, чем у любого из мужчин, которых я когда-либо знала. Он понимает и поощряет мое стремление к самосовершенствованию».
Наташа Лайтес вспоминала, что сразу после первой же встречи с Миллером «я могла сразу сказать, что Мэрилин влюбилась в него. Это проявлялось в манере ее игры». Через год после описываемых событий один друг увидел фото Миллера в спальне Мэрилин, то же, о котором говорит Руперт Аллан из журнала «Лук». Этот гость, однако, узнал драматурга, что дало ему потом повод написать: «Мэрилин даже взвизгнула. Она сказала, что другие люди, кто бывал в комнате, никогда не узнавали его. Тогда, судя по поведению Мэрилин, у меня сложилось впечатление, что они симпатизировали друг другу. Но она обмолвилась, что он был женат и, по ее мнению, ничего из этого не могло выйти». Позже перед приходом репортеров она станет фотографию переворачивать лицевой стороной вниз. Это как раз и возбуждало любопытство гостей, которые рассматривали снимок и, конечно, узнавали драматурга.
Актриса Морин Стэплтон, работавшая с Мэрилин в Нью-Йорке пять лет спустя, вспоминает: «Мэрилин сказала мне, что остановила выбор на Артуре давно, задолго до того, как они поженились. Она не приезжала в Нью-Йорк и в Актерскую студию потому, что хотела стать великой актрисой. У того парня не было шансов увильнуть от нее, если уж она так решительно настроилась на него. Она остановила свой выбор на Артуре — и она получила его».
Но в 1951 году Миллер с женой и детьми оставался в Нью-Йорке. Мэрилин в Голливуде продолжала преодолевать те препоны, которые сама же для себя поставила. В своем первом длинном письме к ней Миллер писал: «Очаруй их тем образом, который им нужен, но я надеюсь и почти заклинаю тебя: только не обожгись в этой игре и не изменись...»