Фамилия Мильцына — женская форма, а исходная мужская — Мильцын. Это типичная «патронимическая» фамилия, образованная с помощью суффикса -ын, который в русском языке указывал на принадлежность: «чей?» — «Мильцын», то есть сын или потомок человека по прозвищу Милец или Мильца. Суффикс -ын (а не -ин) появляется после основ на -а, -я, и здесь он закономерен.

Основа фамилии — прозвище Милец (или Мильца). Оно могло возникнуть от прилагательного «милый» в значении «приятный, любимый». В старину так могли называть не только ребёнка или близкого человека, но и, например, младшего в семье, любимчика. Однако есть и менее очевидная, но вполне реальная версия: в северных и сибирских говорах словом «милец» (или «мильца») называли мелкую монету, полушку или деньгу. Тогда прозвище Милец мог получить человек невысокого роста, худощавый, либо тот, кто был прижимистым, «считал каждую копейку».

С точки зрения географии, фамилия Мильцын (и Мильцына) фиксируется в основном в центральных и северных областях России. По данным переписей и архивов XIX века, она встречалась в Вологодской, Костромской, Ярославской губерниях — как раз там, где было распространено слово «милец» в значении «мелкая монета». В южных регионах фамилия редка.

Стоит отличать Мильцына от фамилий Мильчин, Мильчев, Мильков — у них разные суффиксы и, возможно, разные корни (например, от имени Милко или от слова «миль» в значении «верста»). Мильцын стоит особняком благодаря характерному суффиксу -ын, который не так часто встречается у фамилий на согласную основу.

Таким образом, предки носительницы фамилии Мильцына — скорее всего, крестьяне или посадские люди из северной части России, а их родоначальник носил прозвище Милец, данное либо за мягкий нрав, либо за невысокий рост и худобу.