Фамилия Митронькина образована от мужского имени Митронька — просторечной, уменьшительной формы канонического имени Митрофан. Цепочка простая: полное имя Митрофан сократили до Митрон, а затем добавили типичный русский суффикс субъективной оценки -ьк(а), получив Митронька. Такая модель (основа на -а с последующим -ин) характерна для фамилий, которые в основе имели прозвище или обиходное имя, заканчивающееся на гласный: «чей?» — Митронькин, то есть сын или потомок Митроньки.

Имя Митрофан (греч. «явленный матерью») было широко распространено в крестьянской и мещанской среде, особенно в центральных и южных губерниях России. Фамилия Митронькина — вариант с выпадением звука «ф» в разговорной речи: Митрофан превращался в Митрафан, а затем в Митрон. Это не ошибка, а живой процесс упрощения, который закрепился в документах. Встречаются и другие формы: Митрофанов, Митрохин, Митрошин — все они восходят к одному корню, но Митронькина стоит особняком из-за редкого суффикса -к-, который указывает на ласкательное или фамильярное обращение.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, указывающих на принадлежность к отцу (сын Митрофана), суффикс -ин здесь привязан к основе на -а, что типично для прозвищ. Вероятнее всего, предок носителя фамилии был человеком невысокого социального статуса — крестьянином или ремесленником, чье имя в быту сократили до Митронька. Географически фамилия встречается преимущественно в Воронежской, Рязанской и Тамбовской областях, где имя Митрофан было особенно популярно благодаря почитанию святого Митрофана Воронежского.

Спорных версий у фамилии почти нет. Иногда её ошибочно связывают с греческим словом «митрон» (головная повязка), но это неверно: в русской ономастике корень однозначно восходит к имени Митрофан. Ударение в фамилии падает на второй слог: Митро́нькина, что подтверждает сокращение от Митрофан, а не от редкого имени Митрон.