Efter att Dortmund och Paris Saint-Germain spelade oavgjort i Tyskland hade Newcastle möjlighet att ta sig vidare till Champions League om de vann mot Milan på hemmaplan.
Newcastle tog ledningen efter drygt 30 minuter genom ett imponerande skott av Joelinton.
Men med en timme spelad kvitterade Christian Pulisic och därmed försvann drömmen om CL-slutspel på St. James’ Park.
Kort därefter byttes Anthony Gordon ut mot Alexander Isak, men han lyckades inte få in bollen i nätet.
Istället var det Milan som gjorde 2-1 genom inhopparen Samuel Chukwueze.
Dortmund vann gruppen före PSG. Milan kommer att spela vidare i Europa Leagues slutspel medan Newcastle måste fokusera på Premier League.
