Auch in der &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202019/20"&gt;Saison 2019/20&lt;/a&gt; lief die Bulgarin im Weltcup. Ihre ersten Weltcup-Punkte sammelte sie dabei mit einem 39. Rang im Einzel beim Saisonauftakt in Östersund. Bei den Biathlon-Juniorenweltmeisterschaften 2020 konnte Milena Todorowa große Erfolge feiern, indem sie im Einzel die Silber- und in Sprint und Verfolgung jeweils die Bronzemedaille gewann. Von ihrem Erfolgen bei der JWM gestärkt, kam sie zu den Biathlon-Weltmeisterschaften 2020 der Senioren. Sie überraschte im Sprint als 27. mit ihrer bis dato besten Weltcup-Platzierung. Bei der Verfolgung konnte sie ihr Ergebnis erneut verbessern und beendete das Rennen auf dem 18. Rang. Im Einzel der Weltmeisterschaft in Antholz konnte sie als 17. ihre Platzierung aus der Verfolgung ein weiteres Mal übertreffen. Aufgrund ihrer starken Leistungen konnte sie sich für das WM-Massenstartrennen qualifizieren, das sie als 28. abschloss. Bei den Biathlon-Europameisterschaften 2020 konnte sie an ihre Resultate bei den Weltmeisterschaften nicht anknüpfen, ihre beste Platzierung war der 29. Rang in der Verfolgung. Bei den Weltcup-Rennen in Nové Město na Moravě allerdings konnte sie ihre bis dorthin zweitbeste Karriereleistung mit dem 18. Rang im Sprint einstellen und qualifizierte sich wie schon bei den Weltmeisterschaften für den Massenstart, den sie als 24. beendete. Todorowa beendete die für sie bis zu diesem Zeitpunkt erfolgreichste Saison mit dem 14. und 18. Platz bei den Biathlon-Junioren-Europameisterschaften 2020.