Фамилия Миланченко образована от мирского имени Милан, которое восходит к слову «милый». В древнерусском языке это прилагательное означало не только «дорогой, желанный», но и «привлекательный, хорошенький, нежный, кроткий». Имя Милан было широко распространено у славян как пожелание ребёнку вырасти добрым и любящим человеком.

Суффикс -енко указывает на украинское происхождение фамилии и традиционно обозначает «сын» или «потомок». То есть Миланченко буквально означает «сын Милана». Такая модель образования фамилий закрепилась в украинской ономастике в XVI–XVII веках, когда отчество стало превращаться в наследственное семейное имя. В отличие от великорусских фамилий на -ов и -ин, украинские фамилии на -енко не застывали в одной форме: они могли менять гласную в суффиксе, давая варианты вроде Миланчук, Миланенко или Миланченко.

Не исключено, что основой фамилии послужило не имя, а прозвище Милан. Его могли дать взрослому человеку за кроткий нрав, добродушие и незлобивость. В этом случае фамилия закрепляла за родом не имя, данное при крещении, а характеристику, которую подметили в предке окружающие. Обе версии правдоподобны, и в бытовой практике граница между именем и прозвищем часто стиралась: имя Милан само по себе звучало как ласкательное обращение.

Интересно, что фамилия Миланченко сохранила архаичную форму суффикса. В современном украинском языке чаще встречается вариант Миланенко, где суффикс присоединяется к основе без наращения -ч-. Форма Миланченко возникла под влиянием народной этимологии: носители языка «подправили» стык морфем, добавив звук [ч], который делает фамилию более привычной для произношения. Такие случаи нередки в истории русских и украинских фамилий, когда письменная форма закрепляла разговорное искажение.

Родственные фамилии — Миланов, Милантьев, Милашевич — встречаются по всей территории бывшей Российской империи, но Миланченко имеет отчётливую региональную привязку к Левобережной Украине, особенно к Черниговской и Полтавской губерниям. Там фамилии на -енко составляли основную массу крестьянских и казацких родов, поэтому предки современных Миланченко с высокой вероятностью были либо реестровыми казаками, либо крестьянами, получившими фамилию при переписи.

В документах фамилия начинает фиксироваться с XVIII века, когда подушные переписи и ревизские сказки обязали всех плательщиков податей иметь постоянное семейное прозвание. До этого времени потомки Милана могли называться по-разному: Миланов сын, Миланченко, Миланчук — в зависимости от того, в какую волость попадал писарь. Окончательное закрепление формы Миланченко произошло уже в советский период, когда паспортная система унифицировала написание фамилий.