Советский учёный и общественный деятель, специалист в области механики и прикладной физики, академик АН СССР (1962; член-корреспондент, 1953), вице-президент АН СССР (с 1962 года), Герой Социалистического Труда (1967).
Член КПСС с 1947 года. Окончил Грозненский нефтяной институт (1932). Преподавал в Московском авиационном институте (1934—1943), затем в Московском инженерно-физическом институте (с 1949 года профессор).
В 1944—1949 годах работал в институте механики АН СССР, затем в институте атомной энергии (с 1960 года заместитель директора). Основные работы по теории турбулентности, фильтрации и прикладной газовой динамике. Решил задачу о затухании изотропной турбулентности. Предложил новый способ эксплуатации нефтяных пластов.
Занимался исследованием газовых эжекторов и их применений. Миллионщикову принадлежат также важные работы по ядерной энергетике.
Председатель Верховного Совета РСФСР 7—8-го созывов. Председатель Редакционно-издательского совета АН СССР (с 1966 года). Член Главной редакции БСЭ (с 1967 года).
Председатель Советского пагуошского комитета (с 1964 года). Почётный член Американской академии наук и искусств (с 1968 года), иностранный член Германской АН в Берлине (с 1971 года). Государственная премия СССР (1951, 1954). Ленинская премия (1961).
Награжден 5 орденами Ленина, орденом Октябрьской Революции, 2 др. орденами, а также медалями.