Фамилия Миксонова — редкий случай, где географический след просматривается почти наверняка. Её основа — Миксон — это не имя и не прозвище, а топоним. В России есть несколько деревень с названием Миксоново, например, в Костромской области. Житель такой деревни получал прозвище Миксон, а его потомки — фамилию Миксоновы. Женская форма Миксонова закрепилась за дочерью или женой Миксона.

По словообразовательной модели фамилия следует типичному для русского севера и центра способу: топоним на -ово даёт прозвание на -ов, а от него — фамилию на -ов. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Миксонов. Если бы предок звался Миксоном напрямую, фамилия могла бы быть Миксонин, но форма на -ов встречается чаще при связи с названием места.

Корень «Микс-» не имеет славянской этимологии. Скорее всего, он финно-угорского происхождения: в языках коми или марийском встречаются основы, близкие к «мик» — «маленький», «мелкий». Миксон могло означать «маленький ручей» или «мелкое место», что хорошо сочетается с названием деревни у воды. Версия о греческом имени Миксон (от μίξη — смесь) маловероятна для крестьянской среды центральной России.

Сословно фамилия Миксонова почти наверняка крестьянская. В документах XIX века такие фамилии встречаются у государственных и бывших помещичьих крестьян Костромской, Вологодской и Нижегородской губерний. Дворянских родов Миксоновых не известно — фамилия не попала в «Общий гербовник».

В написании возможны варианты: Миксонов, Миксонова, реже Миксоннов (с удвоенной «н» — ошибка переписчиков). Ударение обычно на первый слог: Ми́ксонова, хотя в некоторых говорах могли ставить на второй — Миксо́нова.