Фамилия Митрохов отвечает на вопрос «чей ты будешь?» и напрямую указывает на предка по мужской линии: это потомок человека, которого в быту звали Митрох. В основе лежит не полное церковное имя, а его просторечная, обиходная форма. Такие усечённые имена с ласковым или фамильярным оттенком были обычным делом в русской деревне, где длинное официальное имя резали до короткого и удобного в общении.

Полное крестильное имя, давшее начало этой форме, — Митрофан. Оно греческое и переводится как «слава матери» или, по другой версии, «найденный матерью». Имя было распространено благодаря почитанию святого Митрофана, поэтому и его разговорные варианты встречались нередко. От сокращённого Митрох и пошла фамилия: суффикс -ов присоединялся к основе, чтобы обозначить принадлежность сына отцу. Сначала Митрохов — это «сын Митроха», затем фамилия закрепилась за родом.

Есть и вторая версия происхождения, которую ономасты не сбрасывают со счетов. Имя Митрох могло быть просторечной формой не от Митрофана, а от другого греческого имени — Дмитрий, что значит «принадлежащий Деметре», богине плодородия. В народной речи имена Дмитрий и Митрофан нередко смешивались, особенно в тех регионах, где обе формы бытовали бок о бок. Оба имени давали похожие уменьшительные: Митя, Митроха, Митрох. Поэтому для конкретной семьи ответ на вопрос, какой именно святой покровительствовал родоначальнику, часто уже не восстановить.

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий: основа на согласный плюс суффикс -ов. Такая модель преобладала в центральных и северных землях России и закрепляла за потомками имя отца без изменений. Фамилия Митрохов не относится к редким, но и не бросается в глаза частотностью — она крепко сидит в привычном для русского слуха ряду фамилий на -ов, образованных от народных форм календарных имён. Носители фамилии могут с равной вероятностью вести род как от Митрофана, так и от Дмитрия, но в любом случае фамилия сохранила память о том, как звучало имя их далёкого предка в повседневной жизни.