Milanković je uz Teslu i Pupina najveće ime srpske nauke uopšte. Građevinsku tehniku studirao je u Beču, gde je i doktorirao. Bio je profesor teorijske fizike, a bavio se i kosmičkom fizikom i geofizikom.
U prvom delu objavljenom na francuskom jeziku "Matematička teorija termičkih pojava izazvanih Sunčevom radijacijom" izložio je novu teoriju rasporeda Sunčevih radijacija na površini planeta i toka klimatskih promena u geološkoj prošlosti Zemlje. Njegova reforma kalendara prihvaćena je na Svepravoslavnom kongresu crkava u Carigradu 1923. Tvorac je i teorije o pomeranju Zemljinih polova. Dela: "Kanon osunčanja", "Nebeska mehanika", "Osnovi nebeske mehanike", "Sekularna pomeranja Zemljinih polova", "Istorija astronomske nauke", "Kroz vasionu i vekove", "Uspomene, doživljaji, saznanja".
Milanković je dao dva fundamentalna doprinosa nauci. Prvi doprinos je "Kanon osunčavanja Zemlje" koji karakteriše sve planete Sunčevog sistema. Drugi doprinos je teorijsko objašnjenje Zemljinih dugotrajnih klimatskih promena uzrokovanih astronomskim promenama njenog položaja u odnosu na Sunce, danas poznato kao Milankovićevi ciklusi. Ovo objašnjava pojavu ledenih doba tokom geološke prošlosti Zemlje, kao i klimatske promene na Zemlji koje se mogu očekivati u budućnosti.
Milutin Milanković je osnovao planetarnu klimatologiju izračunavanjem temperaturskih uslova u gornjim slojevima Zemljine atmosfere, kao i temperaturske uslove na planetama unutrašnjeg Sunčevog sistema (Merkuru, Veneri i Marsu), te Zemljinom prirodnom satelitu, Mesecu. Pored toga, Milanković se u geofizici smatra koautorom teorije tektonskih ploča, i to sa svojim radom "Pomeranje Zemljinih obrtnih polova".
Milanković je kao autor ili koautor registrovao osam patenata, koje je u periodu 1905 do1933. podnosio u različitim državama. Tokom profesorske karijere ostao je veran svom prvom životnom pozivu - građevinarstvu, pa je radio kao konstruktor, statičar i supervizor na celom nizu građevinskih objekata od armiranog betona širom Jugoslavije. Tako je i većina patenata vezana za ovu oblast.
Milutin Milanković je 1923. godine predložio reformu julijanskog kalendara. Suština njegovog predloga je da su prestupne sve godine deljive sa 4, ne uključujući sekularne godine osim ako pri deljenju sa 900 daju ostatak ili 200 ili 600 (2000, 2400, 2900, 3300, 3800... su sekularne ali ipak prestupne). Prema gregorijanskom kalendaru, prestupne godine su sve one koje su deljive sa 4 ne uključujući sekularne godine osim ako pri deljenju sa 400 daju ostatak 0 (400, 800, 1200, 1600, 2000, 2400, 2800, 3200, 3600, 4000... su sekularne ali ipak prestupne).
U maju 1923. godine, Pravoslavna crkva je u načelu prihvatila kalendar, uklonjena je razlika od 13 dana (1—13. oktobar 1923) nastala od Nikejskog sabora do 20. veka, a takođe brojne crkve su usvojile izmenjeni algoritam prestupnih godina. Datumi Uskrsa i srodnih praznika i dalje bi se obračunavali po obrascu julijanskog kalendara. U to vreme, Milanković je izražavao sumnju da period obrtanja Zemlje možda nije konstantan, međutim, ovo je bilo nemoguće dokazati i potvrditi sve do pojave kvarcnih i atomskih časovnika. Varijacije u periodu obrtanja Zemlje su glavni uzrok netačnosti kako gregorijanskog tako i revidiranog julijanskog (Milankovićevog) kalendara kada se posmatraju ogromni vremenski rasponi.
Za dopisnog člana Srpske kraljevske akademije Milutin Milanković je izabran u 41. godini života, 7. marta 1920. godine. U vreme kada je Milanković primljen za dopisnog člana akademije njen predsednik je bio Jovan Žujović. Za prosvetiteljski doprinos odlikovan je 25. juna 1923. godine Ordenom Svetog Save trećeg reda od kralja Aleksandra I Karađorđevića. Milanković je za redovnog člana SKA izabran u 46. godini života, 14. maja 1925. godine. Meteorološka služba Kraljevine Jugoslavije postala je punopravan član Međunarodne meteorološke organizacije zahvaljujući umnogome Milankoviću, on je tamo predstavljao Jugoslaviju dugi niz godina.
Između 1925. i 1928. Milanković je napisao naučno-popularnu knjigu "Kroz vasionu i vekove", u vidu pisama anonimnoj mladoj dami.
Milanković je doživeo moždani udar i preminuo je 12. decembra 1958. godine u 80. godini života, u Beogradu gde je i sahranjen. Ostavio je oporuku da njegovi posmrtni ostaci budu prebačeni u Dalj, što je učinjeno 1966. godine.
Nakon smrti, veći deo naučne zajednice osporio je Milankovićevu "astronomsku teoriju" i nije više priznavao rezultate njegovog istraživanja. Međutim, desete godine od njegove smrti i pedeset godina od prvog objavljivanja, Milankovićeva teorija je ponovo uzeta u razmatranje. Milankovićeva teorija zvanično je prihvaćena nekoliko desetina godina kasnije.