Фамилия Митряйко образована по украинской или белорусской модели от имени Митряй. Это разговорная форма канонического имени Дмитрий (в церковной традиции — Димитрий). Имя греческого происхождения, в переводе означает «посвящённый Деметре», богине земледелия. В народной среде имя Дмитрий дало множество производных: Митя, Митька, Митроха, Митряй, Митряк, Митряш. Форма Митряй характерна для юго-западных русских говоров, украинского и белорусского языков — с типичным окончанием -ай вместо -я.

Суффикс -к- в фамилии Митряйко указывает на уменьшительное, а затем и фамильное оформление. В украинской ономастике суффикс -ко (как в фамилиях Шевченко, Коваленко) превращал личное прозвище или имя в наследственное семейное имя. То есть Митряйко — это буквально «маленький Митряй» или «сын Митряя». Такие фамилии массово фиксировались в реестрах запорожских казаков, среди крестьян Левобережной Украины и в белорусских метриках XVII–XVIII веков.

По географии фамилия Митряйко чаще всего встречается в Черниговской, Сумской и Полтавской областях Украины, а также в южных районах Беларуси — Гомельской и Брестской областях. В России она редка, но встречается в приграничных с Украиной регионах: Брянская, Курская, Белгородская области. Носители фамилии — потомки крестьян или казаков, поскольку дворянские роды с таким окончанием почти не формировались.

Интересная деталь: в некоторых говорах имя Митряй могло закрепиться не только как производное от Дмитрия, но и как самостоятельное прозвище — например, для человека медлительного или «дремотного» (от диалектного «митрять» — мешкать, копаться). Однако это лишь дополнительная версия, менее вероятная, чем основная — от крестильного имени. Прямых исторических источников, подтверждающих прозвищное происхождение, нет.