Фамилия Милюченков — одна из тех, что образованы не напрямую от канонического церковного имени, а через цепочку уменьшительно-ласкательных форм. В её основе лежит имя Милюк, которое является производным от народной формы Миля. А Миля, в свою очередь, — сокращение от таких имён, как Милий (редкое латинское имя, означающее «медовый»), Емилиан (из того же корня, что и «ревностный») или, что вероятнее, от славянского имени Мил (от слова «милый»). Такой путь типичен для русских фамилий: полное имя сокращали до домашнего прозвища, а его уже закрепляли за потомками.

Суффикс -енков указывает на географию происхождения. Это типичный южнорусский и украинский патроним: если на севере и в центре России чаще говорили «Милюков» (чей-то сын Милюк), то на землях, тяготевших к малороссийским говорам, добавили уменьшительный суффикс -енк(о) со значением «маленький» или «сын». Форма Милюченков — это уже русифицированный вариант украинской фамилии Милюченко. Когда носители переселялись в великорусские губернии, окончание -о могли переделывать на -ов, чтобы фамилия звучала привычнее для местного уха.

Таким образом, предок Милюченковых был человеком по прозвищу Милюк. Это прозвище могло быть и не связано напрямую с именем: в некоторых говорах «милюком» называли любимчика, баловня или ласкового, приветливого человека. Социальный статус основателя фамилии определить сложно — такие модели образования охватывали и крестьян, и казаков, и мещан. В документах XVIII–XIX веков фамилия встречается в Курской, Орловской и Воронежской губерниях, что подтверждает её южное происхождение.

Стоит отдельно остановиться на написании. Вариант с одной «н» (Милюченков) — основной и правильный с точки зрения словообразования: суффикс -енк- + -ов. Однако в старых метрических книгах можно встретить и Милюченников — с двойной «н», что возникло под влиянием притяжательных прилагательных (чей? — Милюченный). Но это скорее исключение, чем правило. Современная орфография закрепила более краткий вариант.