Фамилия Милишенко — одна из тех, что не бросается в глаза, но при внимательном разборе раскрывает интересную словообразовательную механику. Её основа — имя Милиша, которое могло быть уменьшительной или ласкательной формой от нескольких крестильных имён. Чаще всего в этой роли выступало греческое имя Милий (от латинского «miles» — воин) или женское Милица (популярное у южных славян). В украинской и белорусской среде суффикс -ша активно использовался для образования домашних имён: например, Милиша могло быть производным от Емельян (через Емильян → Миля → Милиша) или от польского имени Милош.

Суффикс -енко в фамилии указывает на её украинское происхождение. В XVII–XVIII веках этот патронимический суффикс (буквально «сын Милиши») закрепился в Левобережной Украине, особенно в Полтавской и Черниговской губерниях. Если предок носил имя или прозвище Милиша, то его потомки автоматически становились Милишенками — без привязки к сословию, одинаково часто и у казаков, и у крестьян.

Есть и более редкая версия: основа могла быть не именем, а прозвищем Милиша от глагола «милить» — в некоторых говорах так называли человека, который «милуется», то есть ластится, или, наоборот, того, кто любит миловаться, долго нежиться. Но эта гипотеза слабее, потому что прозвища с таким оттенком редко давали мужчинам, а фамилия Милишенко — мужская патронимическая форма.

Географически фамилия встречается рассеянно, без одного крупного гнезда. В ревизских сказках XIX века Милишенки изредка попадаются в Харьковской и Екатеринославской губерниях, но никогда не образовывали массовых скоплений. Это типичная «одиночная» фамилия, которая могла возникнуть в одном селе и остаться локальной на поколения. В современной России её носителей больше всего в Краснодарском крае и Ростовской области — следствие переселений с Украины в конце XIX — начале XX века.