Фамилия Милев образована от мирского имени Милый, которое имеет общеславянский корень мил- и связано с прилагательным «милый», то есть «любимый, дорогой, желанный; привлекательный, хорошенький; нежный, кроткий». Так могли назвать долгожданного ребенка в семье, и эта версия выглядит наиболее правдоподобной.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Милев буквально означает «сын Милого». Модель типична для русских фамилий, образованных от имен и прозвищ, оканчивающихся на мягкий согласный.

Существует и альтернативная гипотеза, согласно которой в основе лежит прозвище Милый. В некоторых говорах прозвища с корнем мил- (например, Милюта) могли давать человеку маленького роста. Однако для имени Милый эта версия выглядит слабее: ласкательное имя для желанного ребенка встречается в источниках чаще, чем прозвище по росту.

Примечательно, что корень мил- широко представлен в славянской антропонимии: от него образованы имена Милан, Милена, Милован, а также фамилии Милов, Милютин, Миляев. Фамилия Милев в этом ряду стоит ближе к древнерусской традиции мирских имен, которые использовались в быту наряду с крестильными.

Стоит учитывать и болгарский след. В Болгарии фамилия Милев распространена и образована от сокращенной формы имени Милко или Любомил. Для русских носителей фамилии это, скорее всего, не актуально, но при генеалогическом поиске стоит иметь в виду оба варианта происхождения.

В русском контексте фамилия Милев фиксируется в документах с XVII века, преимущественно в центральных и южных уездах. Потомки человека по имени Милый, обзаводясь семьей, передавали детям отчество, которое со временем закрепилось как фамильное прозвание.