Фамилия Миленьков образована не от прилагательного «милый» в его прямом значении, а от имени или прозвища Миленько. Это типичная восточнославянская модель: суффикс -к(о) придаёт уменьшительно-ласкательный или просто обиходный оттенок, а затем к основе добавляется патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Миленьков). Таким образом, Миленьков — это буквально «сын Миленьки», где Миленько — человек, которого в семье или в окружении называли ласково.

Само прозвище Миленько могло быть как домашним именем (в среде, где уменьшительные формы заменяли полные крестильные имена), так и характеристикой по характеру — ласковый, приятный в общении. В старых русских говорах слово «миленький» нередко употребляли не только в любовном, но и в бытовом значении «родной, свой», так что прозвище могло закрепиться за человеком, который был всеобщим любимцем.

Географически фамилия Миленьков встречается в основном в центральных и южных областях России, особенно в Курской, Белгородской, Воронежской. Это указывает на её происхождение из среды однодворцев или государственных крестьян, где такие «ласкательные» фамилии на -ов были распространены. В украинской ономастике есть параллельная фамилия Миленько (без суффикса -ов), что подтверждает связь с уменьшительной формой.

Суффикс -к(о) в основе (Миленько) указывает на то, что прозвище возникло в разговорной речи, а не в книжной. Фамилии с таким суффиксом часто бытовали в южнорусских землях, где аканье и мягкое произношение делали «Миленько» естественным звучанием. В северных и сибирских говорах та же основа могла бы дать форму Миленьков, но с другим ударением — на первый слог.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель с суффиксом -к(о) и последующим -ов описана как характерная для фамилий от прозвищ с уменьшительным значением. Миленьков стоит в одном ряду с такими фамилиями, как Добреньков, Хорошеньков, Сладеньков — все они образованы от качественных прилагательных в ласкательной форме.