Фамилия Митряйкина образована от имени Митряйка — так в старину звали человека, чьи потомки и стали Митряйкиными. В основе лежит народная форма крестильного имени, и здесь есть две равноправные версии происхождения. Согласно первой, Митряйка — это производная от канонического имени Митрофан, которое в переводе с греческого означает «слава матери» или «найденный матерью». Вторая гипотеза возводит его к имени Дмитрий, что переводится как «принадлежащий Деметре» — древнегреческой богине плодородия.

Обе версии имеют право на существование, но вторая выглядит убедительнее. Уменьшительные формы от Дмитрия в русском языке дали огромное разнообразие фамилий: Дмитриев, Митяев, Митькин, Димитров. Форма Митряйка и её вариации (Митряй, Митряк) органично вписываются в этот ряд. Имя Митрофан тоже давало уменьшительные формы, но чаще встречались Митроха, Митрофанка, а Митряйка тяготеет именно к Дмитрию. Впрочем, в народной среде границы между этими именами размывались, и окончательный ответ мог бы дать только точный учет родословной конкретной семьи.

Форма фамилии с окончанием -ина указывает на принадлежность женщине или вдове. Первоначально Митряйкиной называли жену или дочь Митряйки, а уже за детьми и следующими поколениями закрепилось это название как родовое. Основатель рода, судя по имени, был человеком простого сословия — в крестьянской и посадской среде такие уменьшительные имена использовались повсеместно, а в документах они фиксировались наравне с полными церковными формами.

Интересно, что фамилия сохранила именно женскую форму, что бывает реже, чем мужская. Это говорит о том, что в какой-то момент родословной линия пошла через женщину, либо фамилия закрепилась за вдовой с детьми. Такое случалось в семьях, где мужчина погибал или уходил на долгую службу, а хозяйство и дети оставались на матери.