Фамилия Милихедин — редкая и нестандартная для русского уха. Её звуковой облик сразу выдаёт нерусское происхождение. Скорее всего, это русифицированная форма восточной фамилии или сложного имени, адаптированная под славянскую модель. Суффикс -ин указывает на то, что фамилия образована от основы, оканчивающейся на -а или согласный, и отвечает на вопрос «чей?»: чей сын? — Милихедина.

Корень «Милихед» (или «Милихед») почти наверняка восходит к арабскому или персидскому имени. В исламской ономастике распространены сложные имена с компонентом «мил» (от араб. «милла» — община, религия) или «милад» (рождение). Вторая часть — «един» — может быть искажением арабского «дин» (вера, религия) или персидского «дан» (знающий). Таким образом, исходное имя могло звучать как Милихаддин или Милихеддин, что переводится как «вера общины» или «религия народа». При переносе в русскую среду конечное «-ддин» упростилось до «-дин», а ударение сместилось.

Географически фамилия могла закрепиться в регионах с татарским, башкирским или кавказским населением, где были сильны традиции исламских имён. В метрических книгах XIX века такие фамилии нередко записывали на слух, поэтому возможны варианты написания: Милихеддин, Милихаддин, Мелихедин. Вариант с «и» в первом слоге (Милихедин) — скорее всего, результат акающего произношения или канцелярской ошибки.

Социальный статус первых носителей определить сложно, но, судя по типу фамилии, это могли быть крестьяне или мещане из татарских или башкирских деревень, получившие фамилию по отцу — носителю редкого имени. Фамилия не дворянская и не купеческая, что подтверждается её отсутствием в родословных книгах. Сегодня она встречается единично, преимущественно в Поволжье и на Урале, и является ярким маркером этнической и религиозной истории семьи.