Фамилия Мильхеев — редкий пример, где исходное имя или прозвище почти не оставило следов в современном русском языке. Основа здесь — Мильхей, и это не просто «испорченное» имя, а скорее всего адаптация иноязычного корня. Скорее всего, перед нами тюркское или монгольское влияние: корень «мильх» или «мэлх» мог означать «овца», «скот» или служить частью составного имени (например, Мэлхэ — «овечий»). В бурятской и калмыцкой среде такие прозвища были обычны и переходили в фамилии при русификации.

Суффикс -ев указывает на стандартную модель русской фамилии, образованной от имени или прозвища на мягкий согласный. Если бы основа была на -а или -я, мы бы видели Мильхин, но здесь именно Мильхеев. Это заставляет предположить, что исходная форма звучала как Мильхей, а не Мильха. Географически фамилия тяготеет к восточным регионам России: Забайкалье, Бурятия, Иркутская область. Там, в зоне смешения русского и бурятского населения, такие образования встречаются чаще всего.

Есть и другая, менее вероятная версия: от русского диалектного слова «мильхать» (мелькать, быстро двигаться). В таком случае Мильхей — прозвище непоседливого или суетливого человека. Но эта гипотеза слабая: слово редкое, а фамилия слишком привязана к восточным регионам, где тюрко-монгольские корни объяснимы лучше. Вероятнее всего, предок Мильхеева был либо бурятом, получившим фамилию при крещении или переписи, либо русским, жившим в тесном контакте с кочевыми народами и перенявшим местное прозвище.