Фамилия Милонаец — редкий случай, когда прозвище не просто закрепилось, а сохранило в основе почти неизменным древнее личное имя. В её основе лежит славянское двусоставное имя Милонаг, которое складывалось из корней «мил» (милый, любимый) и «наг» (нага, нагота — в значении «обнажённый», «бедный» или, по другой версии, «быстрый», «внезапный»). Такие имена были распространены у древних славян: они не описывали человека, а закладывали программу судьбы или защищали от злых сил. Имя Милонаг встречается в древнерусских источниках, например, в новгородских берестяных грамотах, что указывает на его бытование в XII–XIII веках.

Суффикс «-ец» в фамилии Милонаец — формант, который в восточнославянской ономастике выполняет сразу две функции. Во-первых, он мог указывать на происхождение: «Милонаец» — это «сын Милонага» или «человек из рода Милонагов». Во-вторых, в украинской и белорусской традиции суффикс «-ец» часто заменял более привычный русский «-ов» или «-ин», создавая фамилии от прозвищ и имён без дополнительных патронимических показателей. Поэтому географически фамилия Милонаец тяготеет к западным и юго-западным землям — современной Украине, Беларуси, а также к пограничью с Польшей, где такие модели образования фамилий были нормой.

Словообразовательная цепочка здесь нестандартна. От имени Милонаг сначала возникло прозвище Милонаец (человек, связанный с Милонагом), и лишь затем оно закрепилось как фамилия. Это отличает её от более частых фамилий на «-ов» (Милонагов), которые образовывались напрямую от имени отца. Форма на «-ец» — более архаичная и локальная, она сохранила память о том, что предок носителя фамилии был известен именно под этим прозвищем, а не под отчеством.

В современных русских фамильных словарях Милонаец не упоминается как массовая фамилия — она редкая. Встречается в основном в нескольких сёлах Черниговской, Гомельской и Брянской областей, что подтверждает её западнорусское и украинское происхождение. Социально предки-носители могли быть свободными крестьянами или казаками: фамилии на «-ец» часто закреплялись за людьми, не входившими в высшие сословия, где преобладали фамилии на «-ов» и «-ский».

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: от прозвища Милонай — человека, который «милует нагого» (то есть жалеет бедняков). Но в этом случае ожидалась бы форма Милонаев или Милонайцев. Факт существования древнего имени Милонаг и его фиксация в письменных памятниках делает первую версию основной.