Фамилия Митренкова — женская форма, но разговор начинается с мужского варианта Митренков, а он, в свою очередь, образован от имени или прозвища Митренок. Суффикс -ок в основе указывает на уменьшительную или «сыновью» форму: Митренок — это «маленький Митра» или «сын Митра». А Митра — это просторечная, обиходная форма крестильного имени Димитрий (в народе — Дмитрий). На Руси имя Дмитрий было одним из самых распространённых, поэтому неудивительно, что оно породило десятки производных форм: Митя, Митроха, Митряй, Митрош и, в том числе, Митра.

Особенность этой фамилии — в суффиксальной модели. Если бы фамилия образовалась напрямую от имени Митра, мы бы получили Митрин (чей? — Митрин сын). Но здесь стоит суффикс -енк(ов), типичный для украинской, белорусской и южнорусской традиции. В украинском языке -енко означает «маленький, сын» (Митренко — сын Митры), а при русификации фамилий на -енко часто добавляли русский суффикс -ов, получая двойное оформление: Митренков. Такая модель характерна для фамилий, которые пришли в великорусские губернии из малороссийских земель или пограничных областей — например, Курской, Воронежской, Харьковской губерний.

Географически фамилия Митренков действительно чаще встречается в южных регионах России и на востоке Украины. В дореволюционных переписях её носители — в основном крестьяне и однодворцы (потомки служилых людей, охранявших южные рубежи). В отличие от фамилий на -ов, образованных от полных имён (Дмитриев), Митренков — фамилия «домашняя», прозвищная по происхождению: предка звали в быту Митренком, а за детьми это прозвище закрепилось как родовое имя.

В написании Митренкова ударение, скорее всего, падает на второй слог — на «е» (МитрЕнкова), хотя в устной речи нередко смещается на окончание. Вариант с одной «н» — норма для этой словообразовательной модели: корень Митр- плюс суффикс -енк-, а не -енн-. Встречающееся иногда написание Митренникова — ошибка или результат позднего переосмысления фамилии как якобы связанной с «митренить» (диалектное — медлить, тянуть), но это народная этимология, не имеющая отношения к реальному происхождению.