Фамилия Митрхина — одна из тех, что при поверхностном взгляде кажется простой, но при разборе ставит перед исследователем вопрос. Её основа — не очевидное имя или профессия, а скорее всего, вариант личного имени, причём не самого распространённого.

Скорее всего, в основе фамилии лежит народная форма имени Дмитрий — Митря или Митра. В русской традиции имя Дмитрий давало множество производных: Митя, Митюха, Митроха, Митря. Форма «Митрха» — результат дальнейшего сокращения, где «х» выступает как суффикс, характерный для просторечных, обиходных имён (сравните: Пётр — Петруха, Степан — Степаха). Таким образом, Митрха — это Дмитрий, но в очень кратком, «домашнем» варианте. Фамилия образована по стандартной модели: к основе «Митрх-» добавили суффикс принадлежности «-ин», то есть «сын Митрхи».

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с тюркским словом «митр» или «митре», но она не находит убедительных подтверждений в ономастике. Русская словообразовательная модель с суффиксом «-х-» гораздо надёжнее.

Стоит обратить внимание на написание: фамилия пишется через «т» и «р» — Митрхина, а не Митрьхина или Митркина. Это указывает на то, что в основе была именно форма с твёрдым «р» и без смягчения. Фамилия достаточно редкая, что говорит о её локальном происхождении — вероятно, в какой-то отдельной местности (например, в северных или центральных губерниях) имя Митрха было в ходу, но не получило массового распространения.

Носитель фамилии Митрхина может с высокой долей уверенности считать, что его предок по мужской линии носил имя Дмитрий, но в той его форме, которая была принята в конкретной семье или деревне — Митрха.