Wolfgang Millgramm erhielt seine musikalische Ausbildung an der Hochschule für Musik Hanns Eisler und studierte in Berlin bei Prof. Günter Leib und Kammersänger Peter Gougaloff sowie bei Maestro Pier Miranda Ferraro in Mailand. Die Deutsche Staatsoper Berlin verpflichtete den jungen Sänger noch während seines Studiums, von 1984-1992 war er festes Mitglied der Staatsoper Unter den Linden, darüber hinaus dem Haus als Gast verpflichtet. Engagements im Heldentenorfach führten ihn danach an die  Nürnberger Oper und unter der Intendanz von John Dew an das Theater Dortmund. Hier sang er die  großen dramatischen Tenorpartien wie Euryanthe (Adolar), Oberon (Hüon), Andrea Chenier (Andrea Chenier), Tannhäuser (Tannhäuser), Meistersinger (Stolzing) sowie Otello, Il Trovatore (Manrico) und La Juive (Eleazar).

In den Folgejahren führten ihn zahlreiche Engagements ins Ausland: An das Teatro di Giuseppe Verdi in Triest mit "Götterdämmerung" (Siegfried, 2001/2002),  an das Nationaltheater Prag mit "Tristan und Isolde" (Tristan), mehrere Jahre als Gast an das Münchner Gärtnerplatztheater / Prinzregententheater mit Wagners "Das Liebesverbot" (Claudio), "Ariadne auf Naxos" (Bacchus), "Hoffmanns Erzählungen" (Hoffmann) und "Il Tabarro" (Luigi).

Zwischen 2004 und 2006 folgten Gastspiele an der Oper in Rom (Fidelio / Florestan, Der fliegende Holländer / Erik), den Opernhäuser in Modena und Ferrara (Fliegender Holländer / Erik), an der New Israeli Opera Tel Aviv (Fidelio / Florestan in einer Produktion von Nikolaus Lehnhoff), an der Oper in Las Palmas (Ariadne auf Naxos / Bacchus), an der Òpera de Oviedo (Tannhäuser), dem Theater St. Gallen (Tosca / Cavaradossi) sowie an der Stuttgarter Oper als Tristan.

Zahlreiche Konzerte im Concertgebouw Amsterdam, Gewandhaus Leipzig, Schauspielhaus Berlin, der Philharmonie am Gasteig in München, der Musikhalle Hamburg, der Tonhalle Düsseldorf sowie  mehrfach in der Suntory Hall und am New National Theatre Tokyo folgten. Erwähnenswert hierbei ist seine häufige Interpretation des Doktor Marianus in der Sinfonie Nr. 8 von Gustav Mahler, u.a. in Wien, Bratislava, Madrid, Las Palmas und Montpellier.

Entscheidend für seine Karriere war eine Neuproduktion von "Tristan und Isolde"an der Königlichen Oper Stockholm. Die Produktion unter der Leitung von Dirigent Leif Segerstam wurde von Naxos als CD herausgebracht. Die selten eingespielte Oper "Die ersten Menschen" von Rudi Stephan hat er unter der Leitung von Mikko Franck mit dem Orchestre National de France in Paris eingespielt.

Bei den Bayreuther Festspielen 2002 und 2007 übernahm Wolfgang Millgramm die Partie des Tannhäuser unter der musikalischen Leitung von Christian Thielemann.

Wolfgang Millgramm hat u.a. mit den Dirigenten Ottmar Suitner, Christian Thielemann, Jiri Kout, Heinz Fricke, Stefan Soltesz, Hans Wallat, Fabio Luisi, Mikko Franck, Michael Halász, Milán Horváth, Anton Reck und Wolfgang Rennert zusammengearbeitet.

Der Künstler lebt in Berlin und hat eine Professur für Gesang an der Folkwang Universität der Künste in Essen.