Фамилия Милеева — женская форма, а мужская — Милеев. В её основе лежит имя или прозвище, и здесь есть два равноправных варианта происхождения.

Первый и самый прямой: от крестильного имени Милий. Это имя латинского происхождения (Miles — «воин, солдат»), довольно редкое в святцах, но встречавшееся в России, особенно в среде духовенства. От полной формы Милий образовалась фамилия Милиев, а от просторечной, усечённой формы Миля — Милеев. Такая модель типична: Илья — Ильин, Кузьма — Кузьмин, Фома — Фомин, Миля — Милеев. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «сын Милия» или «сын Мили».

Вторая версия отсылает к мирскому прозвищу Миля. В старину так могли назвать милого, приятного человека (от слова «милый»). Прозвища по внутренним качествам давали часто, и они легко становились фамилиями. В этом случае фамилия Милеев — из ряда Милов, Миловидов, Милых.

Интересно, что фамилия не слишком распространена. Она встречается в разных регионах, но заметного «гнезда» не образует. Это говорит о том, что её носители происходят из разных родов, а не от одного общего предка. В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания о крестьянах и посадских людях Милеевых, например, в переписных книгах по Рязанскому и Калужскому уездам. Дворянских родов с такой фамилией нет — это фамилия крестьянская, мещанская или купеческая.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Милехин, Милюков) показывает, что корень «мил-» был продуктивным в русской антропонимии, но Милеевы стоят особняком: их фамилия образована не от уменьшительной формы с суффиксом -к- или -х-, а от полного или усечённого имени, что реже встречается среди «милых» фамилий.