Фамилия Михаелова — редкий случай, когда женская форма закрепилась в официальном документообороте наравне с мужской, но разбирать её логичнее через мужской вариант — Михаелов. В основе лежит крестильное имя Михаил (др.-евр. «кто как Бог»), но не напрямую, а через просторечную или диалектную форму Михаела. В русской ономастике известен суффикс -ел-, который в разговорной речи присоединяли к каноническим именам: Михаил превращался в Михаелу, Гавриил — в Гавриелу. Так появились фамилии Михаелов и Гавриелов, которые фиксируются в южнорусских и украинских говорах, где аканье и смягчение согласных давали такие варианты.

Если смотреть на словообразовательную модель, то фамилия образована по стандартному патронимическому типу: к основе Михаел- добавили суффикс -ов, означающий «сын Михаелы». То есть предок носителя фамилии звался не Михаилом, а уменьшительно-обиходным Михаела. В документах XVII–XVIII веков встречаются записи вроде «Михаела Иванов сын», что подтверждает реальность такой формы. В отличие от фамилии Михайлов, которая распространена повсеместно, Михаелов — вариант более локальный, тяготеющий к территориям бывшего Черниговского и Полтавского полков, а также к некоторым районам Рязанской губернии, где сохранялись старые диалектные черты.

Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с румынским или молдавским влиянием. В Молдавии и на юго-западе Украины имя Михай (Mihai) давало формы вроде Mihăilă, откуда могло возникнуть Михаела как заимствование. Но в русском контексте это скорее исключение: большинство носителей фамилии Михаелов — потомки тех, кого в быту звали Михаелой, а не выходцы из румыноязычных регионов.

Социальный состав носителей традиционно крестьянский и мещанский. Фамилия не принадлежала к дворянским родам, не попала в «Бархатную книгу» или губернские родословные сборники. В метрических книгах XIX века Михаеловы чаще всего записаны как государственные крестьяне или однодворцы, что подтверждает её происхождение из простонародной среды, где патронимы на -ов были основным способом фамилиеобразования.