Matt Derbyshire slog i första minuten innan Leon Best gjorde från straffplatsen efter målvakt Cody Cropper tog ner Richard Wood.
Besökarna bekräftade sin dominans genom Kirk Broadfoots huvud och Richard Smallwoods snygga finish.
Rotherham, 21:a plats i bordet, flyttade nio punkter från MK Dons, som förblir tredje botten.
Atmosfären inne i Stadium MK var spänd innan kick-off, men nästan omedelbart Rotherham fansen firade när Derbyshire öppnade poäng.
Bäst sedan smällde hem från platsen, och det var ingen överraskning när Broadfoot och Smallwood satte spelet bortom MK Dons strax efter pausen.
Ex-Miller Alex Revell nästan drog en tillbaka för värdarna, men Rotherham lätt höll på.
Trots försmäktande i nedflyttningszonen i mitten av februari, Neil Warnock, Rotherhams tredje chef för säsongen, har vänt sin sidas förmögenheter runt, vinna sex av hans 11 liga spel som ansvarar.
MK Dons manager Karl Robinson:
"Det är extremt svårt och mycket svårt och oddsen är staplade mot oss. Vi har bara oss själva att skylla.
"Du får tag på att förlora fotbollsmatcher och det är så svårt att skifta. Du måste hitta den någonstans för att klara kraven på denna nivå.
"Vi var det bättre laget mellan de två lådorna i särklass, (men) vi är inte så bra som andra lag i lådorna, det är så enkelt som det.
"Jag tycker inte det är rättvist att bua mig individuellt, det håller jag inte med om. Tillsammans måste vi ta ansvar. "
Rotherham manager Neil Warnock:
"Det var ett viktigt spel men jag trodde att det var en omfattande seger.
"Vi började bra med målet och vi kunde inte ha fått en bättre start. Vi missade några chanser under andra halvan, men vi kan inte bli för giriga.
"Det visar bara vad man kan göra med en bra grupp som vill lyssna.
"Jag tycker att de är fantastiska själva med den förmåga de har och vad de kan göra med bollen. Det är en bra tid och vi roar oss."
Rotherham tog ett stort steg mot att behålla sin Championship status genom att thrash relegation rivaler MK Dons.