Фамилия Мильцева — женская форма, а мужская, Мильцев, образована с помощью патронимического суффикса -ев. Это указывает на то, что в основе лежит имя или прозвище, оканчивающееся на мягкий согласный или -й. В данном случае исходным словом, скорее всего, было Милец — вариант имени Милий или уменьшительная форма от Мил, Милай.

Если отталкиваться от имени Милий (от латинского «милый, приятный»), то Милец — это просторечная, народная форма, которая бытовала в крестьянской среде. Такие «обрусевшие» варианты церковных имён давали фамилии с суффиксом -ев: Мильцев буквально означает «сын Мильца». Вторая, не менее правдоподобная версия — прозвищная. В русских говорах «мильцом» могли называть ласкового, обходительного человека, а иногда, с иронией, — того, кто слишком угодничает. В этом случае фамилия закрепила характеристику предка.

Интересная деталь: суффикс -ев, а не более распространённый -ов, говорит о том, что корень фамилии оканчивался на мягкий или шипящий звук. Форма Мильцев — не единственная в ряду однокоренных. Встречаются фамилии Мильчаков, Мильчаковский, Мильчанов — они образованы от той же основы, но с разными суффиксами (-ак, -ан), что указывает на разные региональные диалекты или прозвищные варианты одного корня. Мильцевы, скорее всего, происходят из северных или центральных областей России, где была распространена форма «Милец» как личное имя.

Географически фамилия не слишком частая, но устойчиво встречается в Поволжье и на Урале. В XVIII–XIX веках Мильцевы могли быть государственными крестьянами или однодворцами — об этом говорит отсутствие дворянских гербов и распространение фамилии в среде податного сословия. Сословная принадлежность здесь не угадывается по окончанию: -ев встречается и у крестьян, и у духовенства, поэтому ключ к происхождению — именно в прозвище или имени, а не в социальном статусе.