Деревня Мильцевская впервые упоминается в XVIII веке.
В 1905 году деревня входила в состав Демидовской волости Касимовского уезда и имела 74 двора при численности населения 611 человек.
В августе 1956 года в деревне поселился возвратившийся из ссылки в Центральную Россию А. И. Солженицын. Он преподавал математику и электротехнику (физику) в 8—10-м классах Мезиновской средней школы. Жизнь Солженицына в Мильцеве нашла отражение в рассказе «Матрёнин двор».