Миронов начал сниматься в кино, чаще всего в роли обаятельных проходимцев, вызывающих симпатию, но не доверие. Развитие и кульминация образа плута состоялись в фильме Л. Гайдая «Бриллиантовая рука». Геша Козодоев пел про «остров невезения», лихо отплясывал на палубе корабля нечто невообразимое, шаркал ножкой и постоянно поправлял прическу. С «Бриллиантовой руки» пошла традиция использовать музыкальность Андрея Миронова: отныне он пел и танцевал чуть ли не во всех фильмах, в которых снимался.

Восхождение Миронова к вершинам успеха продолжалось — за год у него было до 15 киноролей! В фильме «Достояние республики» он наконец сыграл самого себя — красивого, доброго и сумбурного, азартного и нежного максималиста, не признающего половинчатых дел и чувств. Он снова пел (знаменитый припев «Кто на новенького») и романтически умирал в финале.

Потом была работа с Эльдаром Рязановым в «Стариках-разбойниках» и «Невероятных приключениях итальянцев в России», где все рискованные трюки Миронов исполнял без дублера. Итальянские актеры, наотрез отказывавшиеся выполнять самостоятельно какие бы то ни было трюки, приходили в состояние шока, глядя, что выделывал «сумасшедший русский»! А он на скорости 60 км в час вылезал из кабины пожарной машины, карабкался по аварийной лестнице, на четвереньках пробирался к ее концу, сползал на крышу ехавших внизу «Жигулей» и влезал в салон автомобиля. По свидетельствам опытных каскадеров, этот трюк сложен даже для профессионалов. Однако Андрей проделывал и не такое: спускался с шестого этажа гостиницы «Астория», повиснув на ковровой дорожке, болтался над Невой на высоте двадцатиэтажного дома, ухватившись за края разведенного моста, беседовал со львом.

«Соломенная шляпка» и «Небесные ласточки» стали классикой киномюзикла. Благодаря телевидению Миронов оказался самым популярным Остапом Бендером. Песенку про бабочку и воробушка, которую спел в «Обыкновенном чуде», знают даже те, кто не видел фильма.

Лучшая его роль в серьезном кино — Ханин в фильме Алексея Германа «Мой друг Иван Лапшин». Сцена в ванной, когда герой Миронова пытается и не может застрелиться, — из тех, по которым учат актерскому ремеслу в киношколах. «Ошеломленный зритель увидел Миронова в роли писателя Ханина. Увидел и не узнал. Это был новый Миронов. Он побывал на волоске от смерти: и когда от невыносимой душевной боли после смерти жены пытался покончить с собой, неумело засовывая в рот пистолет, и когда, одинокий и беспомощный, догонял убегающего бандита и падал в грязь с распоротым животом».

В театре Андрей Миронов тоже сыграл много ролей мирового драматического репертуара: Фигаро, Жадов, Хлестаков, Чацкий, Лопахин, купец Васильков, Дон Жуан, Жорж Дюруа, Грушницкий, молодой Вишневский. Роль Фигаро в блестящей комедии Бомарше, казалось, была написана специально для родившегося полтора века спустя артиста Миронова — с такой лучезарной элегантностью, легкостью и в то же время страстью и азартом вел он свою рискованную игру со всемогущим графом. Однако даже в Фигаро, его «коронной» роли, прорывался затаенный напряженный драматизм и нервная рефлексия.

То же, едва ли не в большей степени, относится к мироновскому Жадову и особенно к Чацкому. В творческом багаже актера осталась работа с Анатолием Эфросом над ролями Грушницкого в «Герое нашего времени» и Дон Жуана в современной обработке классического сюжета. Когда Анатолий Эфрос пригласил Миронова на роль Грушницкого, многие удивлялись — почему именно Андрея? И Эфрос объяснял: «Потому что он не злодей, не интриган. Нужно, чтобы Грушницкий был душою компании, но с некоторыми комплексами, а это именно Андрей».

Миронов был добрым, интеллигентным человеком, и если сталкивался с хамством, то с неподражаемым «мироновским» жестом произносил: «Мы их простим». На любой дружеской вечеринке Андрей становился центром веселья, придавал ей праздничность, украшал общение своим остроумием, легкой и блестящей иронией, мгновенной и неотразимой импровизацией. Он был душой общества.

И все же Анатолий Эфрос очень точно понял, что происходило с Андреем Мироновым — в блеске славы его томила неудовлетворенность собой, собственным творчеством. Он спешил жить. Играл в театре, снимался в кино, выступал с концертами, причем каждый отрабатывал серьезно и до конца, шутил, смеялся, грустил, восхищался другими, обожал джаз.

Андрей был влюбчивым человеком, увлекался искренне и трогательно. В начале 70-х годов он женился на Екатерине Градовой (радистка Кэт из фильма «Семнадцать мгновений весны»). От семейного союза с Екатериной у Миронова осталась его единственная наследница — дочь Маша. Екатерина Градова вспоминает: «У него было уникальное качество — постоянное сомнение в себе. «Меня снимут», — говорил он после репетиций. «Тебя? А кем тебя можно заменить?» — В ответ он начинал перечислять товарищей по театру, искренне считая, что может быть другая трактовка образа». «Развод наш не был основан на неприязненных чувствах друг к другу. Но жизнь бурлила, предлагала новые варианты».

Говорят, причиной их развода были сложные отношения Градовой со свекровью, Марией Владимировной Мироновой. Мать Миронова всегда ревновала сына к его увлечениям и не могла смириться с тем, что рядом с сыном будет другая женщина.

Тем не менее, через несколько лет Миронов женился на актрисе Театра Советской Армии Ларисе Голубкиной. Она была старше его на год, имела дочь Машу, которая была ровесницей его родной дочери. Однако девочки познакомились через много лет после смерти отца, когда обе уже были известными актрисами.