Фамилия Мильтонов — одна из тех, что на первый взгляд кажется очевидной, но при ближайшем рассмотрении ставит исследователя перед выбором. Сразу слышится отсылка к английскому поэту Джону Мильтону, но это, скорее всего, ловушка для уха. Русская фамилия с окончанием на -ов вряд ли ведет свое происхождение от западноевропейской знаменитости: такие заимствования случались, но крайне редко и обычно в дворянской среде, а Мильтоновы — фамилия, распространенная в самых разных сословиях.

Куда вероятнее, что в основе лежит не фамилия, а имя или прозвище. Самая прямая версия — от уменьшительной формы канонического имени Мил или Милий. В русской народной традиции имя Милий (от латинского «miles» — воин, солдат) в быту сокращали до Миля или Мильтя, а от них образовывали фамилии с типичными суффиксами. Мильтонов в этом ряду стоит рядом с Мильтовым, Мильковым и Мильчаковым. Суффикс -он- в основе «Мильтон» — редкий, но не уникальный для русских фамилий: он мог возникнуть как вариант адаптации прозвища через форму «Мильтоня» (ласкательное) или как диалектное произношение.

Вторая, более бытовая версия — прозвище Мильтон от слова «милый». В говорах, особенно северных и сибирских, человека могли назвать Мильтоном за приветливый нрав или, наоборот, с иронией — как «милого» в кавычках, то есть слащавого или приторного. Аналогично образованы фамилии Милашев, Миловидов, но Мильтонов стоит особняком: форма на -он- могла закрепиться в тех регионах, где было принято «оканье» и твердое произношение конечного согласного.

Географически фамилия Мильтонов встречается разрозненно, без явного гнезда в одном уезде. Это говорит о том, что она возникала независимо в разных местах — в крестьянской среде, у мещан, изредка у духовенства. В метрических книгах XIX века носители встречаются в Вятской, Пермской и Тамбовской губерниях, что подтверждает её народное, а не книжное происхождение.

Если сравнивать с однокоренными, то Мильтонов — более редкий вариант, чем Мильтов или Мильков. В словаре Б. Унбегауна такие фамилии на -тонов не выделены в отдельную группу, но по модели словообразования она близка к фамилиям вроде Мартынов (от Мартын) или Филиппов (от Филипп), где основа оканчивается на согласный, а суффикс -ов стандартен. Разница лишь в том, что имя-основа Мильтон — не календарное, а народное, что и делает фамилию ценной для историка: она сохранила живую речь, а не книжный список.