Milutin Milanković je rođen na desnoj obali Dunava, u Austrougarskom carstvu, blizu Osjeka, u mestu Dalj, 28. maja 1879. u uglednoj porodici.

Milutinov otac Milan i majka Jelisaveta, iz ugledne osječke porodice Muačević, izrodili su šestoro dece, od kojih je troje umrlo u detinjstvu i ranoj mladosti.Milutin je imao sestru bliznakinju Milenu i mlađeg brata Bogdana, poznatog romanistu i muzikologa. Milan Milanković držao je radnju s kolonijalnom robom, koja je dunavskim lađama pristizala iz Beča, Požuna i Pešte. Milutinov otac umro je vrlo mlad, kada je Milutinu bilo samo šest godina, tako da je brigu o deci i imanju od više od pedeset hektara oranica i vinograda, pored majke, preuzeo njihov ujak Vasa Muačević, koji će voditi brigu o Milutinu sve dok ovaj ne počne samostalno da privređuje kroz inženjersku praksu.

Milutin je stekao kućno osnovnoškolsko obrazovanje, tako da je veliki deo znanja stekao od privatnih učitelja, ali je i samostalno savlađivao određene lekcije. S obzirom na to da je još kao mali imao slabačko telo koje nije bilo predodređeno na fizičke napore i takmičenje sa ostalom decom u sportu, bio je više upućen na duhovni svet. Od samog početka njegovog obrazovanja Milutin je pokazivao koliko je bistar i nadaren učenik. Uspešno je završio osnovnu školu zajedno sa svojim bratom i sestrom.

Nakon osnovne na red je došla srednja škola. U njegovo vreme postajale su dve vrste gimnazija: klasična i realna gimnazija. Svaka od njih je pripremala učenike za određene vrste studija. Tako je Milutin 1889. godine u Osjeku započeo svoje srednjoškolsko obrazovanje u realnoj gimnaziji, koja je pripremala učenike za buduće studije tehnike i poljoprivrede, po želji svog oca, koji se nadao da će njegov sin završiti poljoprivredni fakultet i vratiti se u Dalj da održava porodično imanje. Na nesreću porodice, on to nije učinio, ali na sreću Srbije i njihovih stanovnika, postao je jedan od najvećih i najcenjenijih svetskih naučnika svih vremena.

Svedočanstvo o završenoj gimnaziji dobio je 29. maja 1896. godine, koje je upotrebio samo jednom u životu – za upis na Bečku politehniku.

Godine 1896. upisuje se na studije građevinske tehnike, gde za šest godina stiče zvanje diplomiranog inženjera, a 1904. godine postaje doktor tehničkih nauka. Od 1905. do 1909. godine radi kao građevinski inženjer u nekoliko bečkih firmi, a afirmaciju stiče kao projektant armirano-betonskih građevina.

Prijavljuje šest patenata čijom primenom će biti izgrađeni brojni objekti na području tadašnje Austrougarske monarhije. Doktorirao je 3. decembra 1904. na Velikoj tehničkoj školi u Beču sa raspravom pod nazivom „Teorija linije pritiska”. Na odbrani svog rada je briljirao. Na taj način je Milutin Milanković postao prvi Srbin sa doktoratom iz tehničkih nauka.

Na poziv poznatih naučnika Jovana Cvijića, Mihaila Petrovića i Bogdana Gavrilovića, Milanković prihvata mesto vanrednog profesora primenjene matematike na tek osnovanom Univerzitetu u Beogradu. Na ovoj dužnosti ostaće sve do penzionisanja 1955. godine.

U međuvremenu izabran je za redovnog člana SANU i dopisnog člana JAZU. Proveo je Prvi svetski rat u internaciji u Budimpešti, objavljujući svoja najznačajnija dela i učestvujući na međunarodnim naučnim skupovima.

Započeo je svoju profesorsku karijeru 3. oktobra 1909. na Filozofskom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Trebalo je da predaje tri predmeta: Primenjenu matematiku, Nebesku mehaniku i Teorijsku fiziku. Međutim, na studijama nije slušao kurseve iz Nebeske mehanike i Teorijske fizike i za predavanje je morao samostalno da se priprema. To je radio veoma uspešno.

Ova kombinacija predmeta koje je morao da predaje bili su odlučujući da Milanković započne izgradnju svoje teorije o osunčavanju Zemlje i drugih planeta.

Od 1911. godine Milanković je počeo da se zanima za klimatologiju. Proučavajući naučne radove savremenog klimatologa Julijusa fon Hana, Milanković je uočio značajno pitanje, koje će postati jedno od glavnih oblasti njegovog naučnog istraživanja: misterija ledenog doba. Ideju o mogućem uticaju astronomskih faktora na klimatske promene prvi put je uzeo u obzir astronom Džon Heršel (1792–1871), a zatim ju je utemeljio geolog Lujs Agašija (1807–1873). Uporedo, bilo je još nekoliko pokušaja da se objasne klimatske promene uzrokovane astronomskim silama (najznačajnija od njih je teorija koju je postavio Džejms Krol 1870-ih). Milanković je takođe proučavao radove Žozefa Ademara i Džejmsa Krola, čiji su pionirske teorije o astronomskom poreklu ledenog doba zvanično odbacili njihovi savremenici. U to doba klimatolozi i geolozi su imali preovlađujući stav da ledeno doba nastaje pod uticajem okean-vulkan. Iako su imali pouzdane geološke podatke o prostiranju glacijacije na Alpima, klimatolozi i geolozi ipak nisu mogli da otkriju osnovne uzroke, a pogotovo zbog toga što su promenljive vrednosti osunčavanja na Zemlji tokom prethodnih doba bila van domašaja ovih nauka. Međutim, Milanković je odlučio da prati njihov put i pokuša ispravno da izračuna magnitude takvih promena. Milanković je tražio rešenje ovog složenog problema u oblasti sferne geometrije, nebeske mehanike i teorijske fizike. Počeo je da radi na tome 1912. godine, nakon što je uočio „da je meteorologija ništa drugo nego prikupljanje brojnih empirijskih nalaza, većinom numeričkih podataka sa korišćenjem fizike u tragovima da se one objasne [...] Napredna matematika nema ulogu u ovoj nauci [...]” Njegov prvi rad egzaktno opisuje sadašnju klimu na Zemlji i kako sunčevi zraci određuju temperaturu na površini Zemlje nakon prolaska kroz atmosferu. Prvi rad o ovoj temi štampao je pod naslovom „Prilog teoriji matematske klime” u Beogradu 5. aprila 1912. Njegov sledeći rad o istoj temi objavljen je pod naslovom „O rasporedu sunčevog zračenja na površini Zemlje” 5. juna 1913. Ispravno je izračunao intezitet osunčavanja i unapredio je matematičku teoriju opisujući klimatske zone, odnosno izvršio je proračun osunčavanja za pojedine uporednike od polutara (0°) do Zemljinih obrtnih polova (90°). Njegov glavni cilj je bila izgradnja jedne integralne matematičke teorije koja će povezati toplotne uslove na planetama sa njihovim kretanjem oko Sunca.

Godine 1914. izbila je Julska kriza između Austrougarske i Srbije, koja će dovesti do Velikog rata.

Na samom početku Prvog svetskog rata oženio se Hristinom Topuzović Tinkom, sa kojom je, na katolički Božić 1915. godine dobio jedino dete, sina Vasilija. Međutim, u vreme prvog bračnog putovanja Milankovića u rodni Dalj počeo je Prvi svetski rat, a pošto je on 1910. godine postao državljanin Kraljevine Srbije, biva zarobljen.

Uz pomoć svoje žene Tinke, koja je na sve moguće načine pokušavala da oslobodi svog muža, oslobođen je 1914. godine. Nakon oslobađanja uspeo je da se preseli u Budimpeštu, a u tome su mu najviše pomogli ujak Vasa i njegov nekadašnji profesor matematike sa Visoke škole u Beču Emanuel Čuber.

Nakon rata Milanković se sa porodicom vratio u Beograd 19. marta 1919. godine. Nastavio je karijeru na Univerzitetu, izabran je za redovnog profesora Nebeske mehanike na Filozofskom fakultetu, a Ukaz o postavljenju potpisan je 29. septembra 1919. Od 1912. do 1917. godine objavio je sedam naučnih radova o matematičkoj teoriji klime, kako za Zemlju, tako i za druge planete. Formulisao je precizan numerički klimatološki model sa kapacitetom za rekonstrukciju prošlosti, kao i predviđanje budućnosti, i ustanovio je astronomsku teoriju klime kao generalnu matematičku teoriju osunčavanja. Kada su najvažniji problemi u teoriji bili rešeni i kada je postavio osnove za budući rad, Milanković je završio knjigu koja je objavljena na francuskom u Parizu 1920. godine pod naslovom Théorie mathématique des phénomènes thermiques produits par la radiation solaire („Matematička teorija toplotnog fenomena uzrokovana sunčevim zračenjem”). Ubrzo nakon objavljivanja meteorolozi su ovaj rad prepoznali kao značajan doprinos proučavanju sadašnjih klimatskih uslova. Egzaktni radovi Milankovića iz 1920, Levisa Fri Ričardsona iz 1922. kao i Vilhelma Bjerknesa iz 1924. godine predstavljaju temelj i pionirske radove iz koji će se razviti savremena numerička prognoza vremena. Za dopisnog člana Srpske akademije nauka Milanković je izabran 1920. godine.

Zašto u Evropi ne postoje tragovi ledenih doba koja su se desila u dalekoj prošlosti? To pitanje je mučilo mnoge tadašnje načnike, a posebno je zanimalo Vegenera koji je imao svoju teoriju o tome. On je smatrao da su se u dalekoj geološkoj prošlosti svi kontinenti nalazili u jednoj celini, a da je tek kasnije ona izdeljena na one delove koje mi danas poznajemo. Iz takve pretpostavke je proizilazilo da se obrtna osa, odnosno njeni polovi nisu menjali, ali su se kontinenti pomerali. Tako je u doba karbona Zemljin ekvator prolazio preko Evrope, pa samim tim nije ni moglo biti takvog osunčavanja koje bi dovelo do pojave ledenih doba.

Ovakva teorija je zahtevala i odgovarajuću astronomsku teoriju sa matematičko-fizičkom podlogom. Iz tog razloga se Vegener obratio Milankoviću, tada već čuvenom naučniku na polju kosmičke klimatologije i problema izmena Zemljine klime, i zamolio ga da se posveti tom problemu. Pošto su bili kolege i dobri prijatelji, Milanković je to rado prihvatio i 1925. godine započeo je rad na tom pitanju.

S obzirom na to da je Milanković bio uvek temeljan, morao je prvo da dobro prostudira problem na kome će raditi. Bio je to veoma složen problem koji je zahtevao mnogo vremena i napora.

Milanković je nakon mnogo truda dobio rešenje u obliku, sada već, čuvene diferencijalne jednačine. Posebno mu je žao što Vegener nije doživeo da vidi rešenje problema koje je on inicirao. Vegener je poginuo (smrzao se) na Grenlandu prilikom svoje treće ekspedicije. Bio je strastveni istraživač i njegova smrt nije rastužila samo Milankovića već i čitav tadašnji naučni svet.

Ipak, Milankovića je tešilo to što je njegov tast Kepen prihvatio rešenje i predstavio ga čitavoj naučnoj javnosti. Takođe, pokazao je da se rešenje poklapalo sa ranijim nalazima do kojih se došlo proučavanjem geološke prošlosti Zemlje.

• Napravio je najtačniji kalendar do sada. Dužina tropske godine iznosi 365 dana, 5 časova, 48 minuta i 46 sekundi, dok je Milanković postigao tačnost od 365 dana, 5 časova, 48 minuta i 48 sekundi. Samo 2 sekunde duže traje godina po najtačnijem kalendaru.
• Milanković nikada nije prihvatio Ajnštajnovu teoriju relativnosti, ali je to tada bio slučaj i sa mnogim drugim naučnicima.
• Dobio je krater sa svojim imenom na daljoj strani Meseca veličine 34 km, zatim krater na Marsu prečnika 118 km i asteroid pod nazivom 1605 Milanković.
• NASA ga je uvrstila među 10 najvećih naučnika koji su se bavili proučavanjem Zemlje.
• Za razliku od Nikole Tesle ili Mihajla Pupina, svetsku slavu nije stekao u najvećim svetskim centrima, već se svojim naučnim teorijama bavio u sobici u Kapetan Mišinom zdanju, na Beogradskom univerzitetu, koristeći samo papir, olovku, šiber i logaritamske tablice.
• Milanković je dokazao da na Marsu ne može postojati civilizovan život jer je svojim proračunima pokazao da su tamo temperature previše niske da bi život u takvom obliku postojao.
• Evropsko geofizičko društvo je 1993. godine ustanovilo Medalju Milutin Milanković.
• Bio je jedan od najboljih poznavalaca istorije astronomije i nauke uopšte, a to dokazuje u nekoliko svojih dela.
• Najcitiraniji je srpski naučnik svih vreme.

Tokom nemačke okupacije od 1941. do 1944. godine Milanković se povukao iz javnog života i odlučio je da napiše „istoriju svog života i rada”. Njegova autobiografija će biti objavljena 1979. godine.

Nakon rata Milanković je izabran za potpredsednika Srpske akademije nauka i to u tri mandata od 1948. do 1958. godine. Od 1948. do 1951. godine bio je na mestu direktora Astronomske opservatorije u Beogradu, a 1948. godine postao je član Komisije 7 za nebesku mehaniku Međunarodne astronomske unije kada je ova ustanova obnavljala svoju delatnost nakon rata. Iste godine Milanković je primljen za člana Italijanskog instituta paleontologije. Novembra 1954. godine, nakon pedeset godina od odbrane doktorskog rada, Milankoviću je uručena Zlatna diploma doktora tehničkih nauka na Visokoj tehničkoj školi u Beču. Godine 1955. izabran je za dopisnog člana nemačke Akademije prirodnjaka „Leopoldina” iz Halea, u Istočnoj Nemačkoj.

Nekako u isto vreme Milanković počinje da piše i objavljuje brojne naučno-popularne knjige iz istorije nauke, uključujući: „Isak Njutn i Njutnova Principija” (1946); „Osnivači prirodnih nauka Pitagora – Demokrit – Aristotel – Arhimed” (1947); „Istorija astronomije – od njenih početaka sve do 1727.” (1948); „Kroz carstvo nauke – slike iz života velikih naučnika” (1950); „22 veka hemije” (1953) i „Tehnika u toku drevnih vekova” (1955).

Nakon više decenija rada, 1955. godine, odlazi u penziju sa mesta profesora Nebeske mehanike Filozofskog fakulteta. Milutin je doživeo moždani udar i umro je 1958. godine u Beogradu, u 79. godini života.