Elle s'illustre ensuite dans le rôle d'Edie Sedgwick, la muse de l'artiste pop art
Andy Warhol dans le film « Factory girl ». Elle obtient à nouveau le premier rôle dans le film « Camille » de Gregory Mackenzie. Elle jouera aux côtés de James Franco, David Carradine et Scott Glenn. Elle jouera ensuite le rôle de Katya dans le film « Interview » de Steve Buscemi. En 2007, Sienna Miller travaillera à nouveau aux côtés du réalisateur Matthew Vaughn sur le film fantastique « Stardust, le mystère de l'étoile ». Dans ce film on retrouve des acteurs comme
Michelle Pfeiffer, Sarah Alexander, Charlie Cox ou encore
Robert De Niro. En 2009, Sienna Miller sera également à l'affiche de « G.I Joe » un film réalisé par Stephen Sommers. A cette occasion, elle partagera l'affiche avec des acteurs comme Buyung-hun Lee, Rachel Nichols, Christopher Eccleston, Brendan Fraser et bien plus encore. Sienna Miller s'illustrera prochainement dans le film « The mysteries of Pittsburg » avec Jon Foster, Nick Nolte et Peter Sarsgaard. Elle sera aussi à l'affiche de « A woman of no importance », une comédie réalisée par Bruce Beresford avec Sean Bean et Annette Bening.