Efter att Gaudí färdigställt Casa Batlló anlitades han av byggherren Pere Milà i Camps, som var vän med Batlló. Milà, som hade en stor tomt en bit högre upp på Passeig de Gràcia, anlitade Gaudí med förhoppningen att han skulle överträffa Casa Batlló. Gaudí fick i uppdrag att bygga Barcelonas mest spektakulära byggnad.

Casa Milà, som saknar bärande ytterväggar, bärs istället upp av en avancerad stålarmering, ritad av Josep Bayó i Font. Han var Gaudís ingenjör både vid Casa batlló och Casa Milá. Under bygget ägnade sig Gaudí och Bayó åt veckovis av avancerade matematiska beräkningar. När kedjebågarna (som alla har olika välvning på grund av väggens krökning) mellan kolonnerna på vindsvåningen skulle beräknas, använde Gaudí och Bayó upphängda kedjor, efter vilka stommen ritades upp.

Gaudí, som bland annat studerat medeltida arkitektur, funderade mycket kring de ramper som var vanliga i medeltida fästningar. 1905 kom han fram till att försöka bygga två ramper vilka skulle slingra sig upp i innergården. Tanken var att lägenhetsinnehavarna skulle kunna köra sina bilar ända fram till dörren. Ramperna byggdes dock aldrig, eftersom utrymmet de skulle kräva var för stort. Istället fick huset ett garage, vilket blev det första i Barcelona. I huset installerades en separat ingång åt tjänstefolket, så att de inte skulle besvära lägenhetsinnehavarna.