Školovao se na Cetinju, Monci (1906) i Skadru, (1911), a umetnost je učio u Firenci (1914 — 1916) i Parizu (1919 — 1922) kada se upoznaje sa delima Pola Sezana. U Zagrebu živi i slika od 1924. do 1926. Ponovo odlazi u Pariz 1926. i ostaje do 1932. godine gde slika i izlaže na samostalnim i grupnim izložbama. Doseljava se u Beograd 1932. u kome živi do1946. Od 1937. do 1946. radi kao profesor Akademije likovnih umetnosti. Posle Drugog svetskog rata od 1946. do 1948. živi na Cetinju gde sa Petrom Lubardom osniva Umjetničku školu u kojoj je i predavač. Konačno se doseljava u Beograd 1948. gde ostaje do kraj života. Iste godine mu se dodeljuje zvanje majstora-likara da bi upravljao „Državnom majstorskom radionicom likovne umetnosti“ u kojoj je održavao tečajeve za slikare postdiplomce. Od 1952. do kraja života bio je redovni profesor Akademije likovnih umetnosti.
Bio je od 1950. dopisni a od 1958. redovni član Srpske akademije nauka i umetnosti, a za dopisnog člana Jugoslavenske akademije znanosti i umjetnosti u Zagrebu izabran je 1966. godine.
Prvi put je samostalno izlagao 1918. godine u Osijeku i Cetinju, a od 1919. izlagao je na mnogobrojnim kolektivnim izložbama u zemlji i inostranstvu. Bio je član grupa „Dvanaestorica“ (1937 — 1938) i „Samostalni“ (1951 — 1955).
Od 1939. do 1964. godine pisao je i likovnu kritiku u „Politici“, „Umetničkom pregledu“, „Književnim novinama“ i dr.
Glavno obeležije slikarstva Mila Milunovića je precizna kompozicija i prefinjen kolorit. Iako je tokom ukupnog opusa ostao privržen figurativnom slikarstvu, pokatkad se približavao asocijativnoj apstrakciji, ali nikada nije potpuno zakoračio u bezpredmetnu plastičku predstavu. Krajem četvrte decenije Milunović je ušao u interpertiranje forme na impresionistički način, sa dosta svetla i hromatskih rešenja baziranih na valerskim vrednostima prelivenih po površini platna. Poslednji period bio je karakterističan po pojavi ekspresionističkih elemenata, ali ponovo ne striktnih već pre kao jedna nova ideja koja mu je nadalje otvarala nove puteve meditativnog slikarskog kretanja. To su teme donete iz osunčanog mediteranskog područja, pune svetla i kolorita, kompoziciono uravnotežene i precizno definisane kao jasni autorski rukopis koji je Milu Milunoviću definitivno odredio jedno od najznačajnijih mesta u srpskom slikarstvu tog perioda.