Se desconoce el año de su nacimiento; fue elegido papa en el 310 o 311; murió el 10 u 11 de enero del 314. Después del destierro del papa Eusebio, la Sede de Roma estuvo vacante por un tiempo, probablemente a causa de las complicaciones surgidas debido a los apóstatas (lapsi), y que no fueron resueltas por el exilio de Eusebio y Heraclio. El 2 de julio del 310 o 311, Miltiades (su nombre también se escribe Melquiades), nativo de África, fue elevado al pontificado. Existe incertidumbre en cuanto al año exacto, puesto que el Catálogo liberiano de papas (Duchesne, Liber Pontificalis, I, 9) fecha la consagración del nuevo papa el 2 de julio del 311 (ex die VI non. iul. a cons. Maximiliano VIII solo, quod fuit mense septembri Volusiano et Rufino); pero en contradicción se dice que la muerte del papa ocurrió el 2 de enero del 314, y que la duración del pontificado son tres años, seis meses y ocho días; posiblemente debido al error de un escribano, debería decir «ann. II» en lugar de «ann. III»; y, por lo tanto, el año de su elevación al papado fue, con mayor probabilidad, en el 311. Cerca de este tiempo (el 311 o 310), el edicto de tolerancia firmado por los emperadores Galerio, Licinio y Constantino puso fin a la gran persecución de los cristianos, y se les permitió vivir como tales y asimismo reconstruir sus lugares de culto religioso (Eusebio, Hist. Eccl., VIII, 17; Lactancio, De mortibus persecutorum, 34). Solo en aquellos países del oriente que estaban bajo el dominio de Maximino Daia continuó la persecución de los cristianos. El emperador le dio ahora al papa Miltiades en Roma el derecho a que se le restituyeran, por mediación del prefecto de la ciudad, todas las posesiones y las iglesias que habían sido confiscadas durante las persecuciones. El papa ordenó a los dos diáconos romanos, Strato y Casiano, que discutieran el asunto con el prefecto, y que tomaran posesión de las propiedades eclesiásticas (Augustino Breviculus collationis cum Donatistis, III, 34); así, se posibilitó una sólida reorganización de la administración eclesiástica y de la vida religiosa de los cristianos en Roma.

Miltiades hizo que los restos de su predecesor, Eusebio, fueran regresados de Sicilia a Roma y los mandó enterrar en una cripta en las catacumbas de san Calixto. El siguiente año, el papa atestiguó el triunfo final de la Cruz con la derrota de Majencio y la entrada del emperador Constantino (ahora converso al cristianismo) en Roma tras la victoria en el Puente Milviano (27 de octubre del 312). Después, el emperador obsequió a la Iglesia romana con el Palacio Lateranense, el cual entonces se convirtió en la residencia del papa y, consecuentemente, también en la sede de la administración central de la Iglesia romana. La basílica contigua al palacio, o que fue construida allí después, se convirtió en la iglesia principal de Roma. En el 313, los donatistas (q.v) fueron con Constantino con la petición de que nombrara jueces a obispos de Galia para tratar la controversia del episcopado africano en lo que concierne a la consagración en Cártago de los dos obispos, Cæciliano y Mayorino. Constantino escribió de esto a Miltiades, y también a Marco, pidiéndole al papa que diera una audiencia en Roma, junto con tres obispos de Galia, a Cæciliano y su oponente, y que resolviera el caso. El 2 de octubre del 313, bajo la presidencia de Miltiades, se reunió en el Palacio Lateranense un sínodo de dieciocho obispos de Galia e Italia, que, después de considerar meticulosamente la controversia donatista por tres días, decidieron a favor de Cæciliano, cuya elección y consagración como obispo de Cártago fue declarada legítima. En la biografía de Miltiades, en el Liber Pontificalis, se dice que en aquellos tiempos se encontraban los maniqueos en Roma; esto es muy posible, ya que el maniqueísmo comenzó a difundirse en el Oeste en el siglo IV. La misma fuente atribuye a este papa un decreto que prohibía de manera absoluta que los cristianos ayunaran en domingo o en jueves, «porque estos días eran guardados por los paganos como ayuno sagrado». Esta razón es sorprendente; es muy probable que salga del autor del Liber Pontificalis, quien con este supuesto decreto remonta una costumbre romana de su tiempo a una ordenanza de Miltiades. El Liber Pontificalis es, probablemente, no menos arbitrario al atribuir a este papa el mérito de un decreto que indicaba que la oblación consagrada por el papa en una misa solemne (refiriéndose al pan eucarístico) debería ser llevado a diferentes iglesias en Roma. Tal costumbre ciertamente existió en Roma (Duchese, Christian Worship, Londres, 1905, 185); pero no hay nada definitivo que muestre que haya sido introducida por Miltiades, como afirma el Liber Pontificalis.