Фамилия Мильяченко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках распространилась на Левобережной и Слободской Украине, а затем закрепилась как одна из самых массовых. Суффикс -енко в украинской ономастике указывал на «сына» или «потомка», то есть Мильяченко — буквально «сын Мильяка» или «потомок Мильяка».

Основа фамилии — Мильяк. Это, скорее всего, разговорная форма от канонического имени Емилиан (в русской традиции — Емельян). В украинской среде имя Емилиан дало целую цепочку производных: Емильян → Мильян → Мильяк. Уменьшительный суффикс -як характерен для украинских личных имён и прозвищ (ср. Иваняк, Степаняк, Петряк). Таким образом, Мильяченко — это «внук» или «сын Мильяка», а сам Мильяк — человек, которого в семье или общине называли уменьшительно от Емельяна.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с прозвищем Мильяк от диалектного глагола «миляти» — «медлить, мешкать». Однако такие прозвища в украинской среде редки, и основа чаще указывает на имя. Географически фамилия Мильяченко встречается преимущественно в центральных и восточных областях Украины, особенно в Черкасской и Полтавской областях, что подтверждает её украинское происхождение и связь с казацкими территориями.

Важно отличать Мильяченко от похожей фамилии Мильченко. Вторая происходит от имени Милько (также уменьшительное от Емельян) и имеет другую словообразовательную модель. Мильяченко же с суффиксом -як и последующим -енко — более редкая и специфическая форма, указывающая на конкретный ономастический путь: от полного имени к двум суффиксам. Носители фамилии в основном принадлежали к крестьянскому или казацкому сословию, и каких-либо дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.