Axel Milberg, geboren in Kiel, wuchs dort in Düsternbrook auf. Nach dem Abitur an der Gelehrtenschule begann er ein Literaturstudium in Kiel, zog aber bald nach München, wo er von 1979 bis 1981 an der Otto Falckenberg Schule das Schauspielstudium absolvierte. Von Dieter Dorn wurde er direkt an die Münchner Kammerspiele engagiert und spielte die nächsten fünfzehn Jahre fast ausschliesslich Theater. Mit den Kinofilmen »Nach Fünf im Urwald«, »Hannah Arendt« und »Rossini« und den Fernsehmehrteilern »Jahrestage« und »Es geschah am helllichten Tage« wurde er einem Millionenpublikum bekannt und ist als Klaus Borowski einer der beliebtesten Tatort-Kommissare.

Mit seiner Frau Judith, einer Kunsthistorikerin und Malerin, und ihrem gemeinsamen Sohn lebt er in München. Aus früheren Beziehungen haben sie drei erwachsene Söhne.