Miličić spielte zunächst für die Serbien und Montenegro und später nur noch für Serbien. Er nahm an der Basketball-Weltmeisterschaft 2006 teil, wo er mit Serbien enttäuschend Elfter wurde. Zudem nahm er an der Basketball-Europameisterschaft 2005 und 2007 teil, wo ihm eine Medaille ebenfalls verwehrt blieb.