Фамилия Милючев — редкий случай, когда суффикс указывает на происхождение точнее, чем корень. На первый взгляд перед нами типичная патронимическая модель на -ев: Милючев сын. Но если присмотреться, основа здесь не полное имя, а краткая форма Милюк от крестильного имени Емилиан (в народе — Мильян, Миляй) или, реже, от Мелентий. Уменьшительный суффикс -юк- в русских фамилиях встречается нечасто, он более характерен для украинской и белорусской традиции, а в русском языке закрепился в северных и вятских говорах. Поэтому Милючев — скорее всего фамилия из регионов, где смешивались севернорусское «оканье» и южнорусское «аканье», либо потомок переселенца с Украины.

Есть и вторая версия, менее очевидная. В некоторых говорах «милюк» — прозвище человека с мягким, уступчивым характером, от слова «милый» в значении «ласковый, добрый». В этом случае фамилия не от имени, а от личной черты: Милюк, то есть «миляга», «добряк». Такие прозвища давали часто и закреплялись они за одним родом, если человек действительно выделялся нравом.

Географически фамилия тяготеет к Вологодской и Архангельской областям, а также встречается в Сибири, куда в XIX веке уходили крестьяне из тех же мест. В документах XVII века, например, в переписных книгах Устюжского уезда, попадаются крестьяне Милюковы — это однокоренной вариант, где суффикс -ов заменил -ев под влиянием московской канцелярской нормы. Милючев же сохранил более архаичную форму, что говорит о давней оседлости рода.

Сословно носители фамилии — почти исключительно крестьяне и мещане. Дворянских ветвей Милючевых не зафиксировано, поэтому искать предков стоит в церковных метриках северных губерний или в ревизских сказках.