Фамилия Мичелёва — женская форма фамилии Мичелёв, и её происхождение стоит искать в мужской основе. В русской ономастике фамилии на -ёв обычно указывают на принадлежность: Мичелёв — это буквально «сын Мичеля» или «человек из дома Мичеля». Суффикс -ёв (фонетический вариант -ев после мягких согласных) характерен для центральной России и Поволжья, где он вытеснил более архаичный -ин в фамилиях от прозвищ и имён, оканчивающихся на мягкий согласный.

Корень Мичел- скорее всего восходит к краткой форме имени Михаил — Мича. В народной речи имя Михаил давало множество производных: Миха, Миша, Мичка, Мича, Мичко. Форма Мичел могла возникнуть под влиянием южнославянских или западнорусских говоров, где -л- часто добавлялось к основам как уменьшительно-ласкательный суффикс (ср. Павел — Павлюк, Михаил — Мичел). Менее вероятна, но возможна связь с диалектным словом «мичель» — так в некоторых областях называли мелкую рыбу или нечто маленькое, но это значение не получило широкого распространения и не зафиксировано в авторитетных словарях как основа для прозвищ.

Географически фамилия Мичелёв встречается в рассеянном виде по центральным областям России, с заметным пятном в бывшей Вятской губернии (современная Кировская область). Там фамилии на -ёв особенно типичны, и именно в вятских говорах имя Михаил часто редуцировалось до Мича, а затем Мичел. Это позволяет предположить, что предки Мичелёвых были крестьянами или посадскими людьми, получившими фамилию по имени отца или по прозвищу, которое закрепилось за родом.

Любопытно, что фамилия Мичелёва не имеет отношения к французскому имени Мишель или итальянскому Микеле, хотя внешнее сходство иногда вводит в заблуждение. Это чисто русская модель образования, и её редкий суффикс -ёл- (вместо более привычного -ил-) как раз и выдает народную, диалектную природу. В документах XVIII–XIX веков можно встретить варианты написания Мичелевъ и Мичелёвъ — буква «ё» в фамилии не случайна, она указывает на ударение и на мягкость предшествующего согласного, что важно для правильного произношения и исторической реконструкции.