Фамилия Милюкшина — женская форма фамилии Милюкшин. Её основа лежит в русском просторечии. В центре разбора — имя Милюк (или Милюка). Скорее всего, это некалендарная, народная форма личного имени Емельян. В русских говорах имя Емельян сокращали до Миля, Милюк, Милюта. Суффикс -юк характерен для южнорусских и украинских диалектов: он придавал имени ласкательный или уменьшительный оттенок. Таким образом, Милюк — это «маленький Емельян» или «Емельян, которого ласково зовут».

Мужская фамилия Милюкшин образована по продуктивной модели: к основе Милюк- добавился суффикс -ш-, который в русских фамилиях часто встречается в притяжательных формах от имён на мягкий согласный или на -а/-я (ср. Илюша — Илюшин, Тимоша — Тимошин). Милюкша — это разговорный вариант того же имени Милюк, но с суффиксом -ш-. Итоговая фамилия Милюкшин буквально означала «чей? — Милюкши», то есть сын или потомок человека по имени Милюкша.

Менее вероятна, но возможна связь с прозвищем. В некоторых говорах слово «милюк» могло относиться к милому, приятному человеку, но как прозвище оно было бы слишком общим и невыразительным. Именная версия надёжнее, поскольку такие формы от Емельяна хорошо засвидетельствованы в исторической ономастике.

Фамилия редкая. Географически её можно встретить в Поволжье и в центральных областях России, где были распространены диалектные формы имени Емельян. Встречаемость фамилии Милюкшина (и Милюкшин) невысока, что подтверждает её происхождение от локального, а не от повсеместного имени.

По сословной принадлежности предки Милюкшиных, скорее всего, были крестьянами или мещанами. Фамилия образована в XVII–XVIII веках, когда у непривилегированных сословий закреплялись патронимические фамилии на -ин от уменьшительных имён.