За дорослу збірну Болгарії дебютувала у сезоні 2017–2018 на Олімпіаді у Пхьончхані. 5 грудня 2019 року Тодорова набрала свої перші бали в залік Кубка світу, посівши 39-те місце в індивідуальних перегонах на етапі в шведськомуЕстерсунді[12]. 27 січня 2020 року болгарка здобула срібло в індивідуальних перегонах на Чемпіонаті світу серед юніорів у швейцарськомуЛенцергайде[13].
На чемпіонаті світу 2020 року, вперше для болгарських біатлоністок за 11 років, Мілена Тодорова спромоглася відібратись у масстарт[10].