Фамилия Мильчева — женская форма мужской фамилии Мильчев, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. В русской ономастике суффикс -ев (как и -ов) чаще всего указывает на принадлежность: Мильчев буквально означал «сын Мильча» или «человек из рода Мильча». Сама же основа «Мильч-» восходит к личному имени или прозвищу Мильч, которое, в свою очередь, является производным от канонического имени Емилиан (в просторечии Емильян, Мильян). В разговорной речи «Мильч» — это краткая, обиходная форма, типичная для русских деревень: отсечение части имени и добавление суффикса -ч (-к) было обычным способом создать домашнее прозвище.

По происхождению — это типично русская фамилия, но с возможным южнославянским оттенком. В болгарском и сербском языках имя Мильч (Мильче) встречается как самостоятельное, а фамилии на -ев там так же распространены, как на Руси. Поэтому носительница фамилии Мильчева может иметь предков как из центральной России, где имя Емилиан было в ходу, так и из южнославянских регионов. Географически в России фамилия чаще фиксируется в областях, где бытовало имя Емилиан: это Поволжье, южнорусские губернии, а также среди казачества.

Ремесленная версия — маловероятна. Слово «мильч» не связано с каким-либо известным занятием или орудием труда. Гораздо правдоподобнее, что предок носителя фамилии Мильчев носил имя Мильч, которое со временем закрепилось за его потомками. В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «и» (Мильчев) или через «ы» (Мыльчев) — такие варианты встречаются в метрических книгах XIX века из-за местного аканья или просто неграмотности писаря.

С точки зрения социального статуса, фамилия Мильчев/Мильчева не указывает на дворянство или духовенство — это крестьянская или мещанская фамилия, образованная по самой массовой модели. Её носители, скорее всего, были крепостными или государственными крестьянами, и фамилия закрепилась за ними в XVIII–XIX веках, когда крестьян начали массово записывать в ревизские сказки.

Коротко: фамилия Мильчева означает «принадлежащая Мильчу», а Мильч — это уменьшительное от Емилиан. Искать корни стоит в среде русского крестьянства или в южнославянских землях.