Фамилия Мильнеченко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко. Этот суффикс, по подсчётам Б. Унбегауна, самый распространённый в украинском ономастиконе: он буквально означает «маленький» или «сын» (то есть Мильнеченко — «сын Мильнечка»). Вся конструкция указывает, что предок носителя фамилии носил имя или прозвище Мильнек (или Мильнечко), от которого и пошло родовое имя.

Сразу бросается в глаза необычная основа — Мильн-. В русских и украинских фамилиях чаще встречаются варианты Милько, Мильченко, Мильников, но не Мильнеченко. Здесь корень, скорее всего, связан с личным именем Мил, Мила, Милий (от славянского «милый»). Имя Мил было широко распространено в древности как сокращённая форма от Милослав, Милонег, Милован. Однако «-н-» в середине основы (Миль-н-) может указывать на иное происхождение: возможно, это вариант от имени Мелентий (греческое «заботливый») через просторечную форму Мелен, Милен. В украинской среде звук «е» мог перейти в «и» под влиянием аканья или простонародного произношения.

Нельзя исключать и прозвищный след. В южнорусских и украинских говорах «мильне» — диалектное слово, означающее «мыльня» (баня) или что-то связанное с мылом. Человек, который варил мыло или работал в бане, мог получить прозвище Мильник, Мильнек. От него с уменьшительным суффиксом -ек образовалось бы Мильнек, а затем, по модели «сын Мильнека», — Мильнеченко. Такая версия менее вероятна, чем именная, но имеет право на существование, так как ремёсла часто становились источником прозвищ.

Географически фамилия Мильнеченко тяготеет к центральной и левобережной Украине — Черкасской, Полтавской, Сумской областям. В дореволюционных метрических книгах эта фамилия встречается редко, что говорит о её локальном бытовании среди крестьян или казаков. Сословно предки, скорее всего, были свободными земледельцами или мещанами: суффикс -енко в малороссийской среде носили не только казаки, но и все слои населения, за исключением шляхты, которая предпочитала окончания -ский/-цкий.

Таким образом, Мильнеченко — типично украинская фамилия, образованная от личного имени Милен (Мильнек) или, реже, от прозвища по занятию. Её редкость и нестандартная основа делают её интересным объектом для локальных генеалогических изысканий.