Академик АН СССР. Герой Социалистического Труда. Лауреат Ленинской, Сталинских премий СССР.
Награжден пятью орденами Ленина, орденом Трудового Красного Знамени, орденом Октябрьской Революции, другими советскими и зарубежными орденами и медалями.
Михаил Дмитриевич Миллионщиков родился 16 января 1913 году в Грозном. В 1932 году окончил Грозненский нефтяной институт. В 1938 –1946 гг. работал в Московском авиационном институте (МАИ).
В 1946–1949 гг. был заместителем директора Института механики АН СССР. Научные работы М.Д. Миллионщикова этого периода внесли значительный вклад в теорию турбулентности и теорию фильтрации нефти и газа в пористой среде. Совместно с академиком С.А. Христиановичем М.Д. Миллионщиков стал одним из основоположников отечественной теории газовых эжекторов.
С 1949 по 1973 г. М.Д. Миллионщиков работал в Лаборатории № 2 АН СССР.
С 1949 года он – заместитель И.К. Кикоина – научного руководителя работ по разделению изотопов урана в Лаборатории № 2 АН СССР, с 1960 года – заместитель директора Института атомной энергии имени И.В. Курчатова по научной работе.
Большое практическое и научное значение имеют работы М.Д. Миллионщикова по газодиффузионному и центробежному методам разделения изотопов урана. Под руководством И.К. Кикоина он принимал участие в разработке газовой центрифуги с коротким жестким ротором для разделения изотопов урана.
Под руководством М.Д. Миллионщикова были достигнуты значительные успехи в строительстве высокотемпературных атомных реакторов, развитии магнитогидродинамического (МГД) и термоэлектрического методов преобразования энергии, изучении свойства низкотемпературной плазмы.
При его участии начались работы по использованию МГД-метода для создания транспортабельного импульсного источника энергии.
М.Д. Миллионщиков был научным руководителем работ по созданию первого в мире термоэлектрического ядерного реактора-преобразователя "Ромашка" (1964), положившего начало созданию космических реакторных ядерных энергетических установок.
В 1953 году М.Д. Миллионщиков был избран членом-корреспондентом, в 1962 году – действительным членом АН СССР и вице-президентом АН СССР.
М.Д. Миллионщиков много лет преподавал в Московском инженерно-физическом институте (МИФИ) и МАИ. В 1949 году он основал в МИФИ кафедру разделения изотопов. Михаил Дмитриевич длительное время был главным редактором журналов "Вестник Академии наук СССР", "Атомная энергия", международного ежегодника "Наука и человечество", членом Главной редакции Большой Советской Энциклопедии.
Будучи председателем Советского Пагуошского комитета, М.Д. Миллионщиков во многом способствовал установлению доверительных отношений между учеными Запада и Востока, принимал активное участие в процессе подготовки и разработки Договора о нераспространении ядерного оружия и Договора об ограничении систем противоракетной обороны.
М.Д. Миллионщиков был избран почетным членом Американской академии искусств и наук, членом-корреспондентом Германской академии наук, иностранным членом Чехословацкой академии наук.