Фамилия Митренёв образована от имени Митрень, которое служило в обиходе сокращённой формой сразу двух крестильных имён. Чаще всего Митренем называли Митрофана: это имя переводят с греческого как «слава матери» или «найденный матерью». Реже за Митренем стоял Дмитрий — имя в честь Деметры, богини плодородия, и тогда его значение передают как «принадлежащий Деметре». Обе версии имеют право на существование, но первая выглядит убедительнее: уменьшительные формы от Митрофана в народной среде давали больше вариантов, и Митрень среди них встречался чаще, чем производные от Дмитрия.

Сам суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: Митренёв буквально значит «сын Митреня», то есть потомок человека, носившего это имя. Такая модель типична для русских фамилий, сложившихся из отчеств в XV–XVII веках, когда имя отца закреплялось за детьми и внуками. Ударение в фамилии падает на последний слог, что тоже характерно для форм, образованных от имён с мягким конечным согласным.

Интересно, что фамилия Митренёв сохранила в себе живую разговорную традицию: имя Митрень не встречается в святцах, оно бытовало исключительно в повседневной речи, а в документах закрепилось уже в виде фамилии. Подобные «домашние» имена нередко вытесняли полные церковные формы, особенно в крестьянской и посадской среде, где Митрофана или Дмитрия звали Митренем, а его сыновей записывали Митренёвыми. Так за фамилией закрепилась память о конкретном человеке, чьё имя в официальных бумагах могло выглядеть иначе, чем в семейном кругу.

Фамилия встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, что согласуется с распространением имени Митрофан в этих местах. Однокоренные варианты — Митрень, Митренко, Митренин — указывают на ту же основу, но разные суффиксы и региональные особенности оформления. В написании Митренёв с буквой ё важно не путать её с е: ударение и произношение в этом случае меняются, хотя происхождение остаётся тем же.