Фамилия Миленчук — яркий пример восточнославянской модели, где суффикс -чук указывает на происхождение с территории современной Украины, особенно западных и центральных областей. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской антропонимии, изначально означал «сын» или «ученик», «помощник» — то есть Миленчук буквально «сын Милена». В отличие от русских фамилий на -ов, которые часто закреплялись за крестьянами после отмены крепостного права, фамилии на -чук формировались стихийно и раньше, в среде казачества и мещан.

Основа фамилии — личное имя Милен. Это краткая, народная форма от церковного имени Милентий (греческого происхождения) или же от славянского имени Милен, которое в древности было некалендарным, прозвищным. Корень «мил-» в славянских языках означает «милый», «любимый», «дорогой». Таким образом, имя Милен могло быть как ласкательным обращением к ребёнку, так и именем-оберегом: считалось, что назвав ребёнка «милым», родители привлекают к нему добрую судьбу.

Встречается и менее вероятная, но возможная версия: связь с топонимом. В Западной Украине есть сёла с названием Милен (например, на Волыни). В таком случае Миленчук — это «человек из Милена», то есть прозвище по месту жительства, которое затем закрепилось как фамилия. Однако для фамилий на -чук более типично образование от личного имени, а не от названия деревни.

Социальный состав носителей фамилии Миленчук был пёстрым. Среди них встречались и крестьяне, и казаки, и мещане. В документах XIX века фамилия фиксируется в Подольской, Волынской и Киевской губерниях. После массовых переселений конца XIX — начала XX века часть Миленчуков оказалась на Дальнем Востоке и в Сибири, а в советское время — в крупных промышленных центрах России.

Что касается ударения, в большинстве говоров оно падает на последний слог — Миленчу́к, что характерно для украинской модели. В русской среде иногда смещают ударение на первый слог, но это уже вторичное изменение.