Фамилия Милентий — редкий случай, когда прозвище или нецерковное имя стало родовым именем почти без изменений, минуя типичные суффиксы -ов, -ин или -ский. Она происходит напрямую от мужского имени Милентий, которое в свою очередь является народной формой церковного имени Мелентий (от греческого «мелей» — заботливый, попечительный). В русских святцах это имя известно по преподобному Мелентию Антиохийскому, но в крестьянской и купеческой среде оно нередко упрощалось: Мелентий превращался в Милентия, а иногда и в Милентия.

Словообразовательная модель здесь архаична. Фамилия не использует суффикс принадлежности («чей?» — Милентьев), а застыла в форме самого имени. Такое встречается у фамилий, которые образовались от полных крестильных имен без усечения основы: например, Гаврила, Вавила, Фома. Но Милентий — ещё более редкий случай, так как само имя почти вышло из употребления уже к XIX веку. Это значит, что фамилия могла закрепиться в документах не как отчество, а как прямое прозвание главы семьи — «Милентий», то есть сам носитель или его ближайший предок звался именно так.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским землям, где формы на -ий встречались чаще, чем в северных говорах. Встречается она и у старообрядцев, которые иногда сохраняли архаичные имена, не принятые в официальной церкви после реформы Никона. Второй возможный, но менее вероятный корень — от греческого «миленти» (медовый), но это скорее народная этимология, не подтверждённая ономастикой.

В отличие от массовых фамилий вроде Иванов или Кузнецов, Милентий не даёт подсказки о ремесле или сословии предка. Он говорит лишь о том, что родоначальника звали необычным для нашего времени именем, которое в XVII–XVIII веках было редким, но не единичным. Носителям этой фамилии стоит искать предков в документах южных губерний — Курской, Воронежской, Харьковской, а также среди запорожских казаков, где личные имена нередко переходили в фамилии без изменений.