После окончания в 1999 г. с отличием медико-профилактического факультета ММА им. И.М. Сеченова работала врачом по гигиене детей и подростков ЦГСЭН на транспорте во Внуково, в 2001 г. перешла на должность младшего научного сотрудника лаборатории изучения и прогнозирования состояния здоровья и факторов риска НИИ гигиены и охраны здоровья детей и подростков НЦЗД РАМН, в 2002 г. защитила кандидатскую диссертацию и перешла на должность врача, а затем заведующей отделом гигиены детей и подростков Федерального центра государственного санитарно-эпидемиологического надзора Минздрава России. С 2007 г является сотрудником Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова Минздрава России. Прошла конкурсный отбор и была утверждена на должность ассистента, доцента, профессора кафедры гигиены и основ экологии педиатрического факультета, сейчас-кафедра гигиены педиатрического факультета, с 01.06.2015 г. утверждена на должность заведующего кафедрой, как прошедшая конкурсный отбор.

В 2014 г. защитила докторскую диссертацию на тему «Закономерности формирования морфофункциональных показателей детей и подростков в современных санитарно-гигиенических и медико-социальных условиях».

О.Ю. Милушкина является автором 305 научных публикаций в отечественных и зарубежных медицинских изданиях, из них 54 учебно-методических пособий для врачей, преподавателей и студентов, соавтор 14 монографий и 30 Свидетельств о регистрации базы данных . Ежегодно выступает с докладами на национальных и международных конгрессах, съездах, конференциях. Является членом Европейского антропологического общества, Научного Совета по гигиене и охране здоровья детей и подростков, заместителем председателя Российского общества школьной и университетской медицины и здоровья, главным внештатным специалистом  по гигиене детей и подростков Министерства здравоохранения Российской Федерации.