Фамилия Митофанова — яркий пример того, как просторечная народная форма церковного имени закрепилась в родовом прозвище. В основе лежит мужское имя Митофан, которое является восточнославянским, в первую очередь русским, вариантом канонического имени Митрофан. Греческое Μητροφάνης (Метрофанес) означает «явленный матерью» или «матерью прославленный». В народной речи, стремившейся к упрощению, сочетание согласных «тр» и последующий «ф» часто менялись: Митрофан превращался в Митофана, а в некоторых говорах — в Метрофана или Митроху. Такой переход обычен для живой разговорной традиции, где церковные имена «обкатывались» до более удобного звучания.

Фамилия образована по самой распространённой в русском языке модели: от имени или прозвища отца с помощью суффикса -ов. Митофанов — буквально «сын Митофана». Окончание -а указывает на женскую форму, то есть Митофанова — это либо жена, либо дочь Митофанова. В документах фамилия в мужском роде обычно фиксировалась как Митофанов, но в быту и в современных справочниках распространены обе формы.

С географической точки зрения фамилия тяготеет к центральным и южным регионам России, особенно к областям, где было сильно влияние южновеликорусского наречия — с его аканьем и склонностью к упрощению групп согласных. Встречается она и на Украине, куда могла попасть с переселенцами. Редкость фамилии объясняется тем, что имя Митрофан, хоть и было известно, не входило в число самых популярных, а его народная форма Митофан и вовсе осталась локальной.

Интересно, что фамилия Митофанов (и Митофанова) могла возникнуть не только напрямую от имени, но и от прозвища Митофан, которое давали человеку, носившему это имя в обиходе. В крестьянской среде, где полное имя использовали редко, именно такие уменьшительные или упрощённые формы становились основой для фамилии. Таким образом, предок современных носителей фамилии, скорее всего, был крестьянином или посадским человеком, которого в миру звали Митофан, а его дети уже пошли по фамилии от этого прозвища.