Родился 18 августа 1921 года в селе Григоровка ныне Барвенковского района Харьковской области Украины. Окончил 10 классов. Работал техником в ремонтной конторе.
До призыва в Красную Армию проживал в г. Биробиджане.
В 1939 году Семён Мильченко призван на военную службу. В 1942 году окончил Владивостокское военное пехотное училище. В действующей армии с 1942 года.
Командир стрелковой роты 203-го гвардейского стрелкового полка (70-я гвардейская стрелковая дивизия, 13-я армия, Центральный фронт) гвардии старший лейтенант Семён Мильченко с ходу 20 сентября 1943 года преодолел реку Днепр в районе села Теремцы Чернобыльского района Киевской области Украины.
Вверенная офицеру-гвардейцу Мильченко стрелковая рота захватила на правом берегу Днепра плацдарм и, отразив пять вражеских контратак, удержала рубеж, что обеспечило форсирование реки основными силами 203-го гвардейского стрелкового полка.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 16 октября 1943 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецко-фашистскими захватчиками и проявленные при этом мужество и героизм гвардии старшему лейтенанту Мильченко Семёну Калиновичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 1803).
После войны С. К. Мильченко уволен в запас. Жил и работал в городе Краматорск Донецкой области Украины. Скончался 12 ноября 1966 года.
Награждён орденом Ленина, орденами Отечественной войны 1-й и 2-й степени, медалями.
