Фамилия Миличаев — одна из тех, где на первый взгляд всё ясно, но при ближайшем рассмотрении открывается несколько равноправных версий. Корень «Милич» может восходить как к личному имени, так и к прозвищу, а суффикс «-аев» указывает на характерный для русских фамилий способ образования — через притяжательное прилагательное, отвечающее на вопрос «чей?». То есть Миличаев буквально означает «сын Милича» или «потомок Милича».

Самая прямая версия — происхождение от крестильного имени Милий (в просторечии Миля). Это имя греческого происхождения, означающее «яблоко» или «яблоневый цвет», в святцах оно встречается редко, но в народной среде давало множество производных форм: Миля, Милька, Милич. Суффикс «-ич» в данном случае — не отчество (как у сербов), а уменьшительно-ласкательный, характерный для русских прозвищ и неканонических имён. Таким образом, Милич — это «маленький Миля» или «сын Мили», а Миличаев — уже следующий шаг, фамилия, закрепившаяся за потомками этого Милича.

Вторая версия, не менее вероятная, — прозвищная. В южнорусских и украинских говорах «милич» или «милица» могло означать «милый», «любимый», «ласковый человек». Такое прозвище давали доброму, обходительному или, наоборот, льстивому человеку. В этом случае фамилия образована напрямую от прозвища Милич, без промежуточного имени. Фамилий на «-аев» от прозвищ с суффиксом «-ич» в России немного, но они встречаются — например, Кузьмичёв, Ильичёв, и Миличаев стоит в том же ряду.

Географически фамилия редкая, её очаги фиксируются в Поволжье и на Урале, а также в казачьих областях — Дону и Кубани. Это косвенно подтверждает обе версии: и крестильное имя Милий, и прозвище Милич могли бытовать именно в среде, где фамилии окончательно оформились позже, чем в центральных губерниях, — в XVII–XVIII веках. Сословно носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или однодворцами, а не дворянами (в родословных книгах Миличаевы не упоминаются). Написание с «а» после «ч» (а не «Миличиев») — это результат фонетического смягчения и типичной для восточнославянской ономастики замены -иев на -аев, что окончательно закрепило форму в документах.