Фамилия Митрохова — женская форма фамилии Митрохов, которая, скорее всего, образована от производной формы канонического имени Дмитрий. В основе лежит разговорный вариант Митрох, возникший из уменьшительно-ласкательного Митроха или Митроша. Такое стяжение характерно для простонародной речи: усекался корень (Димитрий → Митя → Митроха), а суффикс -ох- придавал имени фамильярный или пренебрежительный оттенок. Аналогично образованы фамилии Митрофанов, Митрошин, но у Митроховых — именно эта, менее частая модель на -ов от имени на -оха.

Суффикс -ов в фамилии указывает на принадлежность: буквально «сын Митроха». В русской ономастике это стандартный патроним, но если бы фамилия была Митрохин, она бы указывала на происхождение от имени с окончанием на -а (Митроха). Здесь же форма Митрохова — притяжательное прилагательное, застывшее в женском роде. Встречается она преимущественно в центральных и южных регионах России, где была распространена «акающая» говоря и где имя Дмитрий в быту часто превращалось в Митроха.

Есть и менее вероятная версия: связь с прозвищем Митроха от диалектного глагола «митрохать» (работать небрежно, делать кое-как). Но эта гипотеза слабая — глагол редкий, а имя Дмитрий было одним из самых популярных на Руси, поэтому церковное происхождение перевешивает. В любом случае, предки носительницы фамилии — скорее всего, крестьяне или посадские люди, получившие фамилию по имени отца или деда, а не по ремеслу.

По данным переписей XIX века, фамилия Митрохов встречалась в Тульской, Рязанской и Тамбовской губерниях, что подтверждает её связь с южнорусским ареалом, где имя Дмитрий в народной форме Митроха было особенно употребительно.