Окончил переводческий факультет 1-го Московского государственного педагогического института иностранных языков им. Мориса Тореза по специальности «Английский и испанский языки»; в 1967 году — аспирантуру Института востоковедения РАН, где работал в 1973—1993 годах. Кандидат филологических наук (1973), ведущий научный сотрудник и руководитель Центра по лингвоэтнокультуре РГГУ (с 1994 года).
Преподаватель на филологическом факультете МГУ (1986—1990), с 1993 года — преподаватель, с 1994 года — заведующий кафедрой языков и культур древнего Ближнего востока и ректор Еврейского университета в Москве (ныне Высшая гуманитарная школа им. С. Дубнова). Также читает лекции в университетах США, Европы и Израиля.
Автор более 100 научных работ, в том числе 3 монографий, а также (совместно с Леонидом Коганом) «Семитского этимологического словаря» (т.1 — Мюнстер, 2000).
Совместно с В. А. Шнирельманом обосновал локализацию праафразийской прародины в сиропалестинском регионе.
Дед — Майзель Салий (Соломон) Сергеевич (1900, Лепель — 1952, Москва) — тюрколог
Милитарёв — член группы московских лингвистов, возглавлявшейся С. А. Старостиным, ведущей работы над проектом реконструкции гипотетического общего праязыка человечества, которому Милитарёв дал условное название «турит» («Протобашенный» — то есть до Вавилонского столпотворения).
Согласно гипотезе Милитарёва-Старостина, «турит» зародился в Африке, где его потомками является ряд африканских языков, сохранивших предположительно свойственные «туриту» щёлкающие звуки; по выходе предков большинства человечества из Африки, он разделился на америндскую (индейские языки), индо-тихоокеанскую, австралийскую и евроафриканскую ветви; потомками последней являются большинство языков Старого Света, включая русский.
Менее вероятный вариант — что все африканские ветви также образовались на территории Палестины-Ливана, после чего их носители вернулись в Африку и ассимилировали население, говорившее на иных языках. Милитарёв относит возникновение языка к более раннему времени, чем Старостин, считая его процессом, параллельным формированию «человека разумного».
Член общества «Мемориал» (1990-91), участник обороны Белого дома (август 1991). Член президиума Российского еврейского конгресса. По убеждениям — либерал.
Tamahaq Tuaregs in the Canary Islands (Linguistic Evidance) // Aula Orientalis. 1989. ? 6. P. 195—209.