Фамилия Михайлычев образована от имени Михайла — народной формы канонического имени Михаил. В русских говорах, особенно в южнорусских и среднерусских областях, акающее произношение превращало имя Михаил в Михайла, а окончание -а закрепилось в обиходной речи. От этой формы с помощью патронимического суффикса -ычев (вариант -евич, -ич) и возникла фамилия. Суффикс -ычев характерен для фамилий, образованных от имён на твёрдый согласный, и указывает на принадлежность: «сын Михайлы».

Особенность написания — суффикс -ычев, а не -ичев. В русской ономастике суффикс -ычев встречается реже, чем -ов или -ин, и обычно привязан к именам, оканчивающимся на -а: Гаврила → Гаврилычев, Данила → Данилычев. Михайлычев стоит в том же ряду. Встречается и вариант Михайличев (с «и» после «л»), но он менее распространён и может указывать на иную диалектную основу — Михайлица или Михайлик.

Географически фамилия тяготеет к регионам бывшего Рязанского княжества и южным областям России — Рязанская, Тамбовская, Воронежская губернии. В этих местах имя Михайла фиксируется в переписных книгах XVII–XVIII веков. По сословию носители фамилии чаще всего были крестьянами или однодворцами — потомками служилых людей, которые несли сторожевую службу на южных границах.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Михайлов, Михайлин, Михайличенко — показывает, что Михайлычев стоит ближе к диалектной, нецерковной форме имени. В отличие от Михайлова (самой частой фамилии на -ов), Михайлычев сохранил следы живой речи, а не книжного написания. Это делает фамилию ценной для историков языка: по ней можно восстанавливать, как на самом деле звучало имя в конкретной местности.