Sau khi Vũ Miên đỗ đạt, ông liên tục làm quan dưới triều Lê - Trịnh, là vị quan có cương vị cao, cùng lúc giữ nhiều trọng trách. Ông được giữ đồng thời nhiều chức quan, trong đó có: Đặc tiến Kim tử Vinh lộc Đại phu, Nhập thị hành Tham tụng, Quốc sử quán Tổng tài, Quốc tử giám Tế tửu[5].

Trong khi thi khảo xét tất cả các quan lại về Phép Thư giản, ông đỗ đầu và được giữ chức Giản quan.

Vũ Miên có đóng góp quan trọng ở lĩnh vực sử học. Khi làm Tổng tài Quốc sử quán, ông được giao chủ trì biên soạn Đại Việt sử ký tục biên (1775). Nhóm biên soạn gồm Ngô Thì Sĩ, Phạm Nguyễn Du, Ninh Tốn và Nguyễn Sá; việc trông coi biên soạn do Vũ Miên, Lê Quý Đôn, Nguyễn Hoàn phụ trách. Bộ sách này chép sự việc từ niên hiệu Vĩnh Trị đời Lê Hy Tông đến niên hiệu Vĩnh Hựu đời Lê Ý Tông, gồm 6 quyển.
Hoàn thành bộ quốc sử, Vũ Miên lại cùng Nguyễn Hoàn, Uông Sĩ Lãng, Phan Trọng Phiên biên soạn sách Đại Việt lịch triều đăng khoa lục (1779) chép danh sách đỗ đạt Trạng nguyên, Tiến sĩ từ 1075 đến 1787.
Chúa Trịnh muốn làm cuộc cải cách lớn về văn trị, bổ nhiệm Nguyễn Nghiễm làm Trung thư giám trông coi công việc chung, Vũ Miên kiêm giữ chức Tế tửu, Phan Trọng Phiên và Lê Quý Đôn cùng giữ chức Tư nghiệp. Kể từ đó chấn chỉnh được văn học.Trong thời gian kiêm chức Tế tửu Quốc tử giám, ông đã có nhiều đóng góp vào việc chấn hưng giáo dục, đào tạo nhân tài cho đất nước. Cùng với Nguyễn Nghiễm, ông cho tu sửa lại nhà Thái học, đúc Bích Ung đại chuông, tham gia tổ chức các khoa thi Tiến sĩ Nho học để lựa chọn nhân tài.
Có khoa thi Hương, ông cho rằng các nơi khảo hạch chưa tinh, các sĩ tử chỉ đáng xem là hạng Khá, và cho phép họ công khai chỉ trích nhau cho thỏa đáng, để chọn được người thực tài.Vũ Miên nổi tiếng về thơ, phú. Nhiều tài liệu cho biết ông giỏi thơ phú nhất thời ấy. Tác phẩm của ông có thơ, văn được chép trong các tư liệu: Quốc âm thi, Lịch đại quần anh thi văn tập, Việt thi tục biên, Hồng ngư trú tú lục, Cẩm tuyền vinh lục, Đạo giáo nguyên lưu...Ông có tập Bắc sứ tự thuật ký kể về chuyến đi sứ từ Thăng Long đến Yên Kinh (Bắc Kinh) và các nơi danh thắng trên đường đi.

Cùng với Nguyễn Lệ (tức Nguyễn Khản), Ninh Tốn, Phạm Khiêm trong nhóm Cúc Lâm cư sĩ, Vũ Miên tham gia dịch tác phẩm Tam thiên tự lịch đại văn, lấy tên là Tam thiên tự lịch đại văn Quốc âm để giảng dạy.
Ông có công bắt được giặc Thành cùng đồ đảng gây nhiễu vùng Hưng Hóa và biên giới Việt-Trung. Ông cũng tham gia bàn định kế sách dẹp giặc Lê Duy Mật.
Ở trên cương vị nào, Vũ Miên cũng dốc lòng, hết sức vì công việc, sống nhân ái, gần gũi với nhân dân; có lần về quê ông đã mời tất cả những người có nợ trong tổng Lâm Thao đến ăn cơm và lấy gia sản để xóa hết nợ cho mọi người. Với quê hương, ông là tấm gương về tinh thần hiếu học, nhân nghĩa, tình yêu thương và trách nhiệm. Đình Ngọc Quan, chùa Sen, đường làng, cổng làng...nơi đâu cũng ghi dấu công lao của ông. Bởi vậy, dân làng đã tôn ông làm hậu thần từ khi ông còn sống để tỏ lòng ngưỡng vọng, biết ơn.
Năm 1782 ông bị ốm nặng, chúa Trịnh Sâm sai quan trung sứ[6] đến thăm hỏi. Ông bảo người nhà đỡ dậy, tự tay viết tờ khải, khuyên Trịnh Sâm định thứ tự trưởng - ấu cho đúng với đạo đời và lòng dân[7].
Khi mất Vũ Miên được truy tặng chức Binh bộ Thượng thư và được ban tên thụy là Ôn Cẩn; con của ông là Vũ Chiêu giữ chức Tham nghị xứ Hải Dương được đặc biệt Tiến triều.