Milanesi nació en Siena , donde estudió derecho, y en 1838 obtuvo un puesto en la biblioteca pública.
En 1856 fue elegido miembro de la Accademia della Crusca , en cuyo cargo participó en la compilación de su famoso pero aún inconcluso diccionario, y dos años más tarde fue nombrado asistente de los archivos toscanos, en Florencia ; luego se hizo cargo de los famosos archivos de los Medici , de donde reunió una gran cantidad de material sobre la historia del arte italiano, aún no publicado en su totalidad. En 1889 se convirtió en director de archivos, pero se retiró en 1892 y murió tres años después.
Su publicación más importante es la edición de las obras de Vasari en nueve volúmenes, con copiosas y valiosas notas (Florencia, 1878 1885). De sus otros escritos se pueden mencionar los siguientes: