Фамилия Митлина — редкий случай, когда географический акцент сразу виден в суффиксе. Окончание -ин типично для русских фамилий, образованных от основ на -а, -я. Но сама основа Митл- звучит не по-русски. Здесь почти наверняка сработала модель, распространённая на юго-западе бывшей Российской империи: к фамилии на -о прибавляли русский суффикс -ин, чтобы «обрусить» её в документах. То есть исходная форма, скорее всего, Митло или Митла.

Корень фамилии — еврейское мужское имя Митл, уменьшительная форма от Мордехай. В народной этимологии восточноевропейских евреев имя Мордехай часто связывали с «мардек» (арам. «воин»), но в быту использовали ласковые сокращения. Митл — одно из них. Фамилии на -ин от таких имён (Митлин, Берлин, Гитлин) массово фиксировались в черте оседлости в XIX веке, когда власти требовали от еврейского населения постоянные фамилии.

Есть и другая, менее вероятная версия: отчество от прозвища Митла из диалектного глагола «митлить» — мешкать, медлить. Но в русских говорах этот глагол редок и локально ограничен. Если бы фамилия была исконно русской, мы бы ждали варианта Митлов или Митлев, а не Митлин. Суффикс -ин в русской среде обычно дают основы на -а (Митя → Митяин → Митин), а здесь основа Митл- без окончания — нетипично.

Фамилия почти не встречается в центральных русских губерниях, зато плотно представлена в Беларуси и на Украине (особенно в Волынской и Подольской губерниях по переписям конца XIX века). Это косвенно подтверждает еврейское происхождение: именно там располагались основные центрасселения.

Таким образом, Митлина — это «притяжательная» фамилия в значении «чей?» — «сын Митла». Предки носителя фамилии, скорее всего, жили в местечке на западе современной Украины или в Беларуси, а фамилию закрепили за ними в первой половине XIX века по имени отца или деда.