Фамилия Милоданова — женская форма фамилии Милоданов, и её основа почти наверняка связана со славянским личным именем или прозвищем Милодан. Такие двухосновные имена были распространены в древнерусской традиции: первая часть «мило-» означала «милый, любимый», вторая «-дан» — «данный» (от глагола «дать»). В сумме Милодан можно понять как «данный милым» или «милый дар» — имя-оберег, которое родители давали ребёнку, желая ему любви и удачи.

Суффикс «-ов» в основе фамилии указывает на принадлежность: Милоданов буквально значит «сын Милодана». Это типичная русская патронимическая модель, которая закрепилась как наследственная фамилия к XVI–XVII векам. Встречаются и более поздние варианты написания с одной «н» (Милоданов), но форма с двойной «н» менее распространена и может быть результатом ошибки в документах или сознательного удвоения для благозвучия.

Географически фамилия Милоданов (и Милоданова) редкая, но встречается в центральных и южных регионах России, особенно в Рязанской, Тамбовской и Воронежской областях. Там могли жить крестьяне или однодворцы, носившие прозвище Милодан. В отличие от фамилий, образованных от церковных имён (Иванов, Петров), Милоданова отсылает к дохристианской славянской традиции именования — такие имена давали в быту, не связывая со святцами.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает уточнить значение. Милодаров, Милодаровский, Милоданович — все они восходят к той же основе, но с разными суффиксами. Милоданов — самый простой и древний вариант, без дополнительных оттенков вроде «дар» или «власть». Это говорит о том, что предок носителя фамилии был, скорее всего, простым человеком, которого в округе знали как Милодана — «милого дара» для семьи.

В документах фамилия фиксируется с XIX века. Например, в ревизских сказках по Рязанской губернии за 1834 год упоминаются крестьяне Милодановы из села Княжое. Это косвенно подтверждает, что фамилия не дворянская, а крестьянская или мещанская. Дворянских родов с такой фамилией в «Общем гербовнике» нет, что тоже говорит о её народном происхождении.