Фамилия Милещенко — характерный пример украинской модели фамилий с суффиксом -енко, который в XVI–XVIII веках закрепился в Поднепровье и Слобожанщине как обозначение потомка («сын такого-то»). Если бы фамилия была русской, она оканчивалась бы на -ов или -ин, но Милещенко несёт в себе южную, казацкую родословную.

Основа фамилии — Милещ(а). Это уменьшительно-ласкательная форма от крестильного имени Милентий (церковное Милентий, от греческого «милый, приятный») или от более редкого имени Милий. В украинской народной среде такие имена часто усекали и добавляли суффикс -ещ(а) для ласкательности: Милеща — «маленький Милентий» или «Миля». Соответственно, Милещенко — это «сын Милещи», то есть потомок человека, которого в быту звали Милещей.

Версия, что основа связана с прилагательным «милый» или с глаголом «миловать», менее убедительна: в украинской ономастике фамилии с корнем Мил- (Миленко, Милюта) обычно восходят к именам, а не к прозвищам по характеру. Прозвище Милеща могло бы означать «ласковый, милый», но документальные примеры (например, в реестрах Войска Запорожского) показывают, что такие формы чаще фиксировались как производные от имён.

Географически фамилия Милещенко распространена в центральных и восточных областях Украины — в Черкасской, Полтавской, Днепропетровской, а также в приграничных районах России (Курская, Белгородская области), куда переселялись украинские крестьяне и казаки в XVIII–XIX веках. Встречается и написание Милищенко (через «и»), что может быть следствием акающего произношения или ошибки писаря.

Сословно носители фамилии в основном относились к казачеству и крестьянству. В исповедных ведомостях XIX века Милещенки значатся как «малороссияне» или «государственные крестьяне». Дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано — суффикс -енко в Российской империи редко ассоциировался с привилегированными сословиями.

Сравните с однокоренными фамилиями: Миленко (без суффикса), Милеев (русская форма на -ев), Милецкий (польская или белорусская модель). Милещенко стоит в ряду с такими же «сыновьими» фамилиями, как Данильченко, Иващенко, Грищенко, и указывает на то, что предок нёс личное имя Милентий или его народный вариант.