Фамилия Мильчикова — женская форма, а её основа — мужская фамилия Мильчиков. Она образована по самой распространённой в русском языке модели: от прозвища или имени через суффикс -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Мильчика). Значит, предок носителя фамилии был человеком по прозвищу Мильчик.

Что такое «мильчик»? Тут возможны два основных толкования, и оба ведут к прозвищу, а не к крестильному имени. Первое: диалектное слово «мильчак» или «мильчик» в некоторых говорах (например, в северных и сибирских) означало «милый, любимый человек», иногда с оттенком «баловень», «любимчик». Прозвище могли дать ласковому ребёнку или мужчине, которого в семье или общине выделяли добрым нравом. Второе, более прозаичное: «мильчик» — это уменьшительное от «миля», что в старину означало меру длины (географическую милю). Прозвище Миля или Мильчик мог получить человек долговязый, высокий ростом, или же тот, кто много ходил, «отмерил» большие расстояния. Версия с «милым» кажется более естественной для прозвища человека, но и «верстовой столб» в виде Мильчика вполне реален.

Суффикс -чик в основе — это уменьшительно-ласкательный или, реже, профессиональный. Если бы фамилия пошла от профессии (например, от слова «миль» в значении «мельница» — маловероятно), то звучала бы иначе. Поэтому остановимся на прозвищном происхождении.

Однокоренные фамилии — Мильчаков, Мильчев, Мильчин, Мильков. Все они восходят к тем же корням, но с разными суффиксами. Мильчиков выделяется именно этим -чик, который придаёт фамилии оттенок «маленький Миля» или «сын Мильчика». Встречаемость фамилии невысока, она не входит в списки самых частых русских фамилий, что говорит о её локальном бытовании — скорее всего, в центральных или северных регионах России, где диалектное слово «мильчак» было в ходу.

Никакого отношения к фамилии не имеет заимствованное слово «милиция» — оно пришло в русский язык много позже, в XVIII–XIX веках. Предки Мильчиковых — это, скорее всего, крестьяне или посадские люди, получившие фамилию по уличному прозвищу, которое закрепилось за их родом.