Фамилия Мильдиянова — женская форма мужской фамилии Мильдиянов. Её основа восходит к прозвищу или имени Мильдиян, которое, скорее всего, образовано от тюркского слова «милди» или «милда», что в ряде диалектов означает «смешливый», «улыбчивый» человек. Вторая часть — суффикс -ян, характерный для тюркских языков (сравните: Ахмедян, Рахматуллян), который присоединяли к личным именам и прозвищам, обозначая принадлежность или ласкательный оттенок. Таким образом, Мильдиян — это «сын улыбчивого» или просто ласковое обращение к человеку с весёлым нравом.

Русский суффикс -ов (в форме Мильдиянов) указывает на то, что фамилия оформлялась уже в русской среде, скорее всего, в XVI–XVIII веках, когда татарские и башкирские роды принимали православие и получали фамилии по отцу. Мильдияновы — это потомки человека по прозвищу Мильдиян, который мог жить в Поволжье, на Урале или в Западной Сибири, где тюркские и славянские традиции переплетались особенно тесно.

Географически фамилия редкая и в основном встречается в Башкортостане, Татарстане и Оренбургской области. Нет оснований связывать её с каким-либо дворянским родом — это типичная крестьянская или мещанская фамилия, которая возникла в среде татар-мишарей или башкир, перешедших в православие. Интересно, что ударение в фамилии обычно падает на второй слог (Мильди́янов), что подтверждает её тюркское происхождение: в русских фамилиях на -ов ударение чаще на суффикс, но здесь сохранился акцент исходного имени.

Встречается также вариант Мильдиянов с удвоенной «н» (Мильдиянов), но это скорее ошибка переписи или местное произношение. Однокоренных фамилий немного: Мильдиев, Мильдяев — все они восходят к той же основе «милди» и указывают на общий корень в тюркской антропонимии.