Фамилия Митлинова — женская форма, а её мужской вариант — Митлинов. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Митля, которое, скорее всего, является производной формой от крестильного имени Дмитрий. В русской народной традиции имя Дмитрий давало десятки уменьшительных вариантов: Митя, Митяй, Митюха, Митюня, Митля. Суффикс -ля (как в Толя, Коля, Валя) характерен для ласкательных или обиходных форм, поэтому Митля — это «маленький Дмитрий» или просто сокращение, принятое в быту.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе на -а добавили суффикс -ин (Митля → Митлин), а затем — фамильный суффикс -ов, который встречается реже, но возможен как вариант адаптации. По сути, Митлинов — это «чей?» — сын Митли, то есть потомок человека по прозвищу Митля. Фамилия могла возникнуть в северных и центральных губерниях России, где формы с -ин и -ов часто смешивались, и фиксация в официальных документах зависела от местной канцелярской традиции.

Есть и другая, менее распространённая версия: связь с диалектным словом «митля» — так в некоторых говорах называли человека медлительного, нерасторопного, от глагола «митлить» (мешкать). Но это предположение слабее, поскольку глагол редок и почти не встречается в письменных источниках XVII–XVIII веков, когда фамилии активно закреплялись. Основная масса русских фамилий на -ов/-ин образована от имён, а не от нарицательных слов с таким узким значением.

Фамилия Митлинова не относится к числу распространённых — она встречается эпизодически, в основном в Поволжье и на Урале, что подтверждается данными современных телефонных справочников и архивных записей. Носители фамилии могли быть крестьянами или мещанами, так как фамилии на -ин/-ов в этой среде были массовыми, а дворянские роды с таким окончанием обычно имели более прозрачную этимологию (от географических названий или служебных чинов).