Фамилия Милиндорф — редкий для России случай, когда немецкая фамилия сохранилась почти без изменений в русском написании. Её основа — топоним или немецкое прозвище, а окончание -дорф (нем. Dorf — «деревня») указывает на происхождение из немецкоязычной среды, скорее всего, от названия населённого пункта вроде Мюлендорф или Милиндорф (такие хутора и деревни встречались в Восточной Пруссии и Прибалтике). Первая часть — Milin — может восходить к древневерхненемецкому личному имени Milo (уменьшительное от более длинных имён с основой «mil», означающей «милость» или «труд»), либо к слову Mühle — «мельница» (в диалектном произношении могло звучать как «миль»). Таким образом, Милиндорф — это либо «деревня Мило», либо «мельничная деревня».

В Российской империи фамилия закрепилась за потомками немецких колонистов, которых приглашали осваивать Поволжье, Новороссию и Прибалтику в XVIII–XIX веках. Носители фамилии Милиндорф — это, как правило, выходцы из крестьян-земледельцев, ремесленников или пасторов. В документах переписей встречаются варианты написания: Миллендорф, Милиндорфф, но форма через одну «л» и одно «ф» — наиболее устоявшаяся в русском языке.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия не содержит русских суффиксов (-ов, -ин), что говорит о позднем вхождении в русскую ономастику и сохранении немецкой структуры. Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то ближайшие аналоги — Мюлендорф, Милендорф, а также более русифицированные Миленков или Миленко (но они образованы от других основ). Географически Милиндорфы рассеяны по бывшим немецким колониям: есть сведения о носителях в Саратовской области, на Украине (Запорожье) и в Калининградской области.

Споров о происхождении немного: версия с топонимом очевидна, и она подкрепляется тем, что фамилия не имеет тюркских или финно-угорских корней. Редкая деталь: в некоторых метрических книгах XIX века фамилию записывали как Миллиндорф — с удвоенной «л», что могло быть следствием немецкого произношения (Müllendorf), где «ü» передавалось через «и». Восстановить точное значение без конкретного населённого пункта сложно, но ясно одно: предки носителя фамилии Милиндорф жили в деревне, название которой было связано с мельницей или человеком по имени Мило.