Neuropsychologue à l'Institut de neurologie de Montréal (INM), Brenda Milner a travaillé pendant trente ans avec un même patient, appelé HM. Au fil de ces rencontres, Milner allait établir sa réputation parmi les plus grands spécialistes des neurosciences du 20e siècle et rendre HM célèbre. Mais, même après trois décennies, celui-ci ne se rappelait toujours pas son nom.
À la suite d'une opération, HM avait perdu la faculté de transformer l'information de sa mémoire à court terme pour la conserver dans sa mémoire à long terme. Par des expériences rigoureuses, Milner découvre cependant que HM peut apprendre et se rappeler certains types de tâches particuliers et que ses souvenirs étaient en apparence intacts avant l'opération. Grâce à cette découverte, Milner établit que les humains ont plusieurs système mnésiques qui régissent différentes activités comme le langage et les habiletés motrices, ce qui ouvre la voie à une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau.
Milner a aussi mené une grande partie des travaux qui ont permis de déterminer le mode d'interaction entre les deux hémisphères du cerveau. Ces travaux ont profondément influencé notre connaissance de l'apprentissage cognitif, du langage, des sensations et des émotions.
Milner entre à l'INM comme psychologue en 1950 durant ses études de 2e/3e cycle sous la direction du Pr Donald Hebb. À l'INM, elle conçoit des tests rigoureux qu'elle administre aux patients en neurochirurgie du Dr Penfield et contribue ainsi à définir les zones fonctionnelles du cerveau. En vraie pionnière, elle inaugure une nouvelle discipline et le Prix Nobel Eric Kandel dira que ses recherches, en faisant converger la neurologie et la psychologie, créent un nouveau champ d'études en neurosciences cognitives.
Ses travaux lui valent une reconnaissance immédiate qui se maintient d'ailleurs encore aujourd'hui. Titulaire de la chaire de neurologie et de neurochirurgie Dorothy J. Killam de l'INM, Brenda Milner a été élue à la National Academy of Sciences (É.-U.), à l'American Academy of Arts and Sciences, à la Royal Society of London et à la Société royale du Canada. Elle a remporté en 2005 le prestigieux prix international Gairdner et a été nommée Compagne de l'Ordre du Canada, plus haut grade de cet ordre, en 2004.
La Pre Milner attribue en partie son succès à sa faculté de « remarquer ». « Ce qui m'a aiguillonné toute ma vie, c'est la curiosité. Je suis incroyablement curieuse des petites choses que je vois autour de moi ».