Die ehemalige Gemeinde Großmiltitz war von 1838 bis 1934 eine selbstständige Gebietskörperschaft westlich von Leipzig. Sie umfasste die (ursprünglich viel größere) Gemarkung Großmiltitz mit dem Dorf Großmiltitz.
Das Dorf Großmiltitz wurde als Sackgassendorf am Ost-Ufer des Zschampert (zwischen Lausen im Süden und Rückmarsdorf im Norden) am Westhang der Dehlitz-Rückmarsdorfer Endmoräne angelegt. Auf dem gegenüber liegenden Ufer befand sich in direkter Nachbarschaft das Sackgassendorf Kleinmiltitz. Die Endung »-itz« weist auf einen slawischen Ursprung des Ortsnamens hin, die Dorfform hingegen auf deutsche Siedler. Der Ortsname wird auf das altsorbische Miłotici zurückgeführt, das »Siedlung eines Miłota« bedeutet.
Im Jahre 1285 wurde das Dorf erstmals urkundlich erwähnt, als der Markgraf von Landsberg Friedrich (»der Stammler«, 1269-1291) mit dem gesamten Gerichtsstuhl Markranstädt auch die Gerichtsbarkeit über »Miltitz« an das Bistum Merseburg verkaufte. Bereits 1215 erwähnte eine Urkunde die Schenkung von Land in »Miltitz« an das Kloster Altzelle. Aus den Besitzverhältnissen der nächsten 600 Jahre geht hervor, dass 1215 das Dorf Kleinmiltitz gemeint war (es gehörte noch zur Säkularisation des Klosters 1542 zu dessen Besitz), während 1285 Großmiltitz erwähnt wurde. Eine namentliche Unterscheidung der beiden Dörfer erfolgte erstmals im Jahr 1286.
Landesherren in Großmiltitz waren seitdem die Bischöfe von Merseburg (1285-1562). Nach der Umwandlung des Bistums in ein weltliches Stift fungierten von 1562 bis 1656 die Kurfürsten von Sachsen, von 1656 bis 1738 die Herzöge von Sachsen-Merseburg und von 1738 bis 1918 die Kurfürsten (seit 1806 Könige) von Sachsen als Landesherr. Sowohl innerhalb des Stifts Merseburg als auch im Herzogtum Sachsen-Merseburg gehörte das Dorf Großmiltitz ins Amt Lützen. Nach der Abtretung großer Teile des Amtes Lützen an das Königreich Preußen in Folge des Wiener Vertrags im Jahr 1815 kam das Dorf Großmiltitz zum Amt Leipzig.
Das Dorf Großmiltitz gehörte zunächst zur Grundherrschaft des Ritterguts Kleinzschocher. Von dessen Besitzern, der Familie Hahn, kaufte es im Jahr 1580 die Stadt Leipzig, die es später an ihren Bürgermeister Dr. Theodor Möstel (1564–1626?) verkaufen musste. Damit kam es an das Rittergut Schönau. Im Jahr 1654 verkaufte der Rittergutsbesitzer von Schönau Johann Theodor Braun das Dorf Großmiltitz an den Rittergutsbesitzer von Kleinzschocher Karl von Dieskau (auf Knauthain). Seitdem gehörte Großmiltitz wieder zur Grundherrschaft Kleinzschocher und unterstand juristisch dem Patrimonialgericht Kleinzschocher.
Im Jahr 1835 umfasste das Dorf 173/4 Magazinhufen Land, 28 Häuser und 176 Einwohner.
Mit der sächsischen Landgemeindeordnung von 1838, die am 1. Mai 1839 in Kraft trat, wurde das Dorf Großmiltitz eine Landgemeinde und erhielt das Recht zur Selbstverwaltung; die untere Gerichtsbarkeit blieb jedoch bis zum 1. Oktober 1856 beim Patrimonialgericht Kleinzschocher. Danach kam Großmiltitz zum Gerichtsamt Markranstädt.
Von 1873 bis 1934 gehörte die Landgemeinde Großmiltitz zur Amtshauptmannschaft Leipzig.
Am 1. Dezember 1910 hatte Großmiltitz 425 Einwohner.
Am 3. Januar 1934 wurde die Gemeinde Großmiltitz mit 634 Einwohnern in die Gemeinde Kleinmiltitz eingemeindet, die sich gleichzeitig in Gemeinde Miltitz umbenannte. Mit dieser kam Großmiltitz am 1. Januar 1999 zur Stadt Leipzig.