Figlio di immigrati greco-ciprioti, Miltos Yerolemou è nato e cresciuto a Londra. Dopo aver studiato danza e recitazione, ha iniziato a lavorare in teatro, interpretando spesso ruoli shakespeariani con la Royal Shakespeare Company. Nel 1997 è entrato nel cast regolare della serie televisiva di intrattenimento per bambini Hububb, rimanendovi fino al 2001. Nel 1995 ha esordito al cinema, non accreditato, interpretando un mimo in Il commediante, mentre il suo primo ruolo, seppure minore, è arrivato nel film Middleton’s Changeling del 1998. In televisione ha preso parte nello stesso periodo agli adattamenti di Macbeth e Il racconto d’inverno di Shakespeare, oltre che ad alcuni documentari della serie I predatori della preistoria.
Nel 2011 ha interpretato Syrio Forel nella serie televisiva HBO Il Trono di Spade, ruolo per il quale l’attore è maggiormente noto. Yerolemou ha dichiarato che per interpretare il personaggio si è servito delle tecniche di combattimento con la spada apprese con la Royal Shakespeare Company, mentre per l’accento ha messo insieme «un po’ di greco, un po’ di italiano e un po’ di spagnolo, indirizzandoli poi a est verso la Persia» («I used a little Greek, a little Italian and a little Spanish and then pushed it East into Persia»).
Tra le altre serie cui ha preso parte si ricordano Black Books, My Family, M.I. High – Scuola di spie e Wolf Hall. Nel 2013 ha invece dato il volto a Lester Billings nel cortometraggio The Boogeyman, adattamento del racconto di Stephen King Il baubau dalla raccolta A volte ritornano, che è stato presentato al Film Festival del Regno Unito.
Nel 2015 ha interpretato il dottor Mai nel film The Danish Girl di Tom Hooper oltre ad aver partecipato in un ruolo minore a Star Wars: Il risveglio della Forza di J. J. Abrams, come alieno nella taverna di Maz Kanata. L’anno successivo è nel cast di Tulip Fever, diretto da Justin Chadwick.

Miltos Yerolemou  allieterà la Starcon 2019 con i suoi fantastici workshop sulla Danza dell’acqua di Braavos