Фамилия Мильцина — женская форма фамилии Мильцин, которая образована по очень распространённой в русской ономастике модели: основа + суффикс принадлежности -ин. Этот суффикс присоединялся к основам, оканчивающимся на -а или согласный, и указывал на родство: «чей?» — Мильцин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Мильца. В центре внимания — прозвище Мильца, которое и стало базой для фамилии.

Корень «мильц-» неочевиден и редко встречается в современных говорах. Самая вероятная версия связывает его с диалектным глаголом «милить» или прилагательным «милый». В северных и сибирских говорах «милить» означало «жалеть, ласкать», а «мильца» могло быть ласкательным обращением к любимому человеку или, наоборот, ироничным прозвищем для того, кто слишком ласков или приторен. Есть и другая гипотеза: «мильца» — это видоизменённое «мельница» или «мельник», но она слабая, так как в русских говорах слово «мельница» никогда не стягивалось до «мильца» без промежуточных форм. Правдоподобнее считать Мильцу уменьшительно-ласкательной формой от имени Мил (древнерусское некалендарное имя Мил, Мила) или от крестильного имени Милий (от латинского «miles» — воин, но в народе переосмысленного как «милый»).

Географически фамилия Мильцин (и Мильцина) встречается нечасто, но имеет очаги в центральной России и на Урале. В дореволюционных источниках (например, в переписных книгах XVII–XVIII веков) носители фамилии зафиксированы в основном среди крестьян и посадских людей, что типично для «патронимических» фамилий на -ин, которые в массе своей формировались в низших сословиях. Суффикс -ин, в отличие от дворянских -ов/-ев, чаще встречался в северных и поволжских регионах, и это косвенно подтверждает «крестьянское» происхождение фамилии.

Таким образом, предок носительницы фамилии Мильцина, скорее всего, получил прозвище Мильца за мягкий, ласковый характер или как домашнее имя. Фамилия не принадлежит к числу аристократических, но её корни уходят в толщу народного языка, где «милый» и «мильца» звучали тепло и по-свойски.