Село Новомлынск находится на правом берегу реки Оскол, ниже по течению в 5-и км пгт Двуречная, на противоположном берегу ниже по течению в 2-х км пос. Двуречное. Берег реки обрывистый, образует меловые горы.
В конце февраля 2022 года, в ходе вторжения России на Украину, село было занято российскими войсками. После контрнаступления Украины село было освобождено ВСУ. 26 ноября 2024 года село перешло под контроль ВС РФ[источник не указан 28 дней]. 3 Декабря после контратаки Украины, как сообщает сайт DeepStateMap, населённый пункт перешёл под контроль ВСУ[источник не указан 28 дней]. Министерство обороны РФ не комментировало данную информацию.
Происхождение названия
1712 — «Новомлинск (иначе Переволочная), указом 1712 года июня 9 и грамотами от 11 и 30 октября 1718 года, отдан был Юрию Степановичу Великому Спатарю, иначе Мечнику, принявшему фамилию Мечника.»[2]
↑Кисиленко В. Ю. Огляд нововіднайдених джерел щодо уточнення початку літочислення окремих населених пунктів Слобожанщини // Слобожанщина. Погляд у минуле — 2020: збірник науково-документальних праць. — Житомир: Видавець О. О. Євенок, 2020. — С.107-116.