Фамилия Митлёнок звучит непривычно для русского уха, и это подсказка: перед нами белорусская или, реже, западноукраинская фамилия. Её сразу выдает суффикс -ёнок, который в этих землях играл ту же роль, что русский -ов, то есть обозначал потомка, «сына такого-то». В русском языке этот суффикс встречается в основном в фамилиях, принесённых с запада, и почти всегда указывает на прозвище отца, а не на его профессию.

Основа фамилии — слово «митля» или «митло». Скорее всего, это диалектное или искажённое произношение слова «метла». В белорусском языке «мяцёл» или «мятла» — это метла. Человек по прозвищу Митла, Митля или Митлёнок мог получить его по разным причинам: либо он был высоким и худым (метла как символ долговязости), либо занимался изготовлением и продажей мётел, либо просто убирал улицы. В народной среде прозвища часто давались по предметам быта, и метла — один из самых распространённых.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с именем Дмитрий. В некоторых говорах «Митля» могло быть уменьшительной формой от Митя, с тем же суффиксальным оформлением. Но для фамилии с суффиксом -ёнок такая модель редка: обычно от имени образовывали фамилии на -ин (Митин), а не на -ёнок. Поэтому версия с метлой выглядит убедительнее.

Географически фамилия Митлёнок тяготеет к Витебской и Минской областям Беларуси, а также к приграничным районам Смоленщины и Псковщины. В России она встречается, но редко, и почти всегда её носители — потомки переселенцев с запада. Сословно фамилия явно крестьянская: в Беларуси суффикс -ёнок был массовым именно среди сельского населения, у шляхты преобладали окончания -ский/-цкий.

В написании фамилии встречаются варианты: Митлёнок, Митленок, Митлянок. Ударение, судя по правилам белорусского языка, падает на последний слог — Митлёнок. В русском языке его часто переносят на второй слог, что меняет звучание, но не меняет сути: перед нами фамилия-прозвище, образованная от простого и наглядного образа.