Фёдор Николаевич Мильков родился 17 февраля 1918 г. в Костромской области в многодетной крестьянской семье. В 1934 г. поступил на географический факультет Московского областного педагогического института (МОПИ). В 1938 г., получив дипломом первой степени, был зачислен в аспирантуру НИИ географии МГУ. С 1938 по 1941 г. работал учителем средней школы.
После успешной защиты 13 июня 1941 г. кандидатской диссертации на тему «Опыт характеристики ландшафтных районов северной лесостепи», Фёдора Николаевича направляют в Оренбургский (в то время Чкаловский) педагогический институт. Здесь он начинает работу на кафедре географии и скоро становится её заведующим, а затем деканом естественно-географического факультета (1949-1950). Ф.Н. Мильков активно участвует в научной жизни г. Оренбурга. По его инициативе в 1947 г. был воссоздан Чкаловский (Оренбургский) отдел Географического общества СССР. Фёдора Николаевича избирают председателем Ученого совета отдела (1947-1950), под его руководством проводится активная исследовательская, научно-педагогическая и публикационная деятельность.
Учеба в аспирантуре и работа в Оренбурге (1941-1950 гг.) – это период создания и укрепления прочного жизненного фундамента, приобретения научного авторитета Ф.Н. Милькова.
Преподавание в институте Фёдор Николаевич совмещал с обучением в докторантуре Института географии Академии наук СССР под научным руководством академика А.А. Григорьева (1945-1948). 1 июня 1948 года он защитил докторскую диссертацию по теме «Лесостепь Русской равнины: опыт ландшафтной характеристики», став в 1949 году самым молодым в СССР доктором наук и профессором. Оппонентами на защите выступили академик В.Н. Сукачёв, чл.-корр. АН СССР Е.Е. Фёдоров и профессор Г.Д. Рихтер.
С 1950 г. по 1988 г. Ф.Н. Мильков заведует кафедрой физической географии Воронежского государственного университета, с 1988 г. – профессор-консультант.
Ф.Н. Мильков – один из основателей антропогенного ландшафтоведения, разработал учение о ландшафтной оболочке Земли, внёс большой вклад в ландшафтное и физико-географическое районирование и картографирование, предложил систему парагенетических ландшафтных комплексов, занимался вопросами теории, методологии и практики ландшафтоведения, методики изучения ландшафтов.
Автор более 600 научных работ. Природе Оренбургской области посвящены его многочисленные статьи и книги «Чкаловские степи» (1947), «От горы Вишневой до Каспийского моря» (1950), «Очерки физической географии Чкаловской области» (1951) и др. По его инициативе были переизданы труды выдающихся исследователей Оренбургского края в книге «Оренбургские степи в трудах П.И. Рычкова, Э.А. Эверсманна, С.С. Неуструева» (1949), а также биография П.И. Рычкова (1953).
Как человек талантливый и необычайно трудолюбивый, и в то же время с многогранными интересами, Ф.Н. Мильков оставил яркий след во многих отраслях географической науки, в формировании новых научных представлений, в изучении её истории, в разработке методов преподавания в высшей школе. Многие идеи Ф.Н. Милькова развиваются в Институте степи УрО РАН его учениками и последователями.