Фамилия Мильчинский — типичный представитель польской или западнорусской модели образования на -ский. Такие фамилии чаще всего получали выходцы из шляхты или духовенства, а также жители городов и местечек Речи Посполитой. Суффикс -ский указывал на принадлежность к местности: он отвечал на вопрос «откуда родом?» или «чей?». Поэтому Мильчинский — это, скорее всего, человек, связанный с местом под названием Мильча, Мильчин или Мильчино.

Географическая основа фамилии прозрачна: корень Мильч- восходит к названию населённого пункта. Таких топонимов несколько в Беларуси, Польше и на западе Украины. Деревня Мильча (Milcza) существует в Подкарпатском воеводстве Польши, а Мильчин — название нескольких хуторов в исторической Гродненской губернии. В России тоже встречаются Мильчино — например, в Костромской и Смоленской областях, но там фамилия скорее закрепилась уже после переселения. Первичное ядро носителей — это выходцы с земель бывшего Великого княжества Литовского.

Сам топоним Мильча обычно выводят от древнеславянского личного имени Милъ или Мила (сравните Милонег, Милорад) с суффиксом -ьч-, означавшим «принадлежащий Милу». То есть Мильча — это «поселение Мила» или «земля Мила». В таком случае фамилия Мильчинский — вторичное образование: сначала возникло название деревни, а от него — прозвище помещика или жителя. В польской традиции такие фамилии на -ский носили мелкопоместные шляхтичи, владевшие одним селом.

Встречается и более прозаичная версия — от слова «мильча» в значении «мельница» или «мука» (диалектное). Но она менее убедительна: в польском языке «młyn» даёт фамилии Милинский, Млынский, а Мильчинский фонетически к мельнице не привязан.

Сословный состав носителей неоднородный. В метрических книгах XIX века Мильчинские попадаются и среди католической шляхты Виленской губернии, и среди православных мещан Черниговщины. Крестьян с такой фамилией почти нет — что косвенно подтверждает её «топонимическое» происхождение от имени владельца или арендатора, а не от ремесла.

В написании фамилия устойчива: Мильчинский, а не Мильчинский с мягким знаком (хотя в польском варианте Milczyński). Ударение, судя по распространённым носителям (например, известный издатель и редактор Аркадий Мильчинский), — на втором слоге: Миль-ЧИН-ский.