Фамилия Мильчук — яркий пример украинской модели фамилиеобразования, которая закрепилась на западе страны и в соседних регионах Беларуси и Польши. Её основа — уменьшительно-ласкательное имя Милько, которое, в свою очередь, происходит от канонического крестильного имени Милий (от латинского «milis» — кроткий, милостивый) или от славянского имени Мил (Милан, Милован) со значением «милый, любимый». Суффикс -ук (в украинском произношении -чук) указывает на принадлежность: Мильчук — это «сын Милька» или «потомок Милька».

В отличие от более распространённых фамилий на -енко, которые характерны для центральной и восточной Украины, суффикс -ук/-чук типичен для Волыни, Подолья, Галиции и Полесья. Носители фамилии Мильчук исторически концентрировались в западных областях Украины — на Житомирщине, Ровенщине, Тернопольщине. Встречается она и в польских записях, где могла записываться как Milczuk, что отражает местное смягчение звуков.

Интересная деталь: в некоторых говорах основа «миль» могла быть не только личным именем, но и прозвищем для человека мягкого, уступчивого характера. Однако в случае с Мильчуком первичным всё же является имя, а не характеристика — суффикс -чук прямо указывает на родство, а не на свойство. Фамилия не имеет отношения к слову «миля» (единица длины) или к числительному «миллион» — это народная этимология, которая возникает у носителей, не знающих своей родословной.

В польской ономастике фамилия Мильчук (Milczuk) иногда связывается с глаголом «milczeć» — молчать, но это скорее совпадение звучания: украинский корень «мил-» и польский «milcz-» исторически разные, хотя в бытовом восприятии граница стирается. Настоящая этимология лежит в кругу имён со значением «милый, любимый», и это делает фамилию Мильчук доброй по смыслу — она буквально означает «сын милого человека».