Фамилия Митрюшкина образована от крестильного имени Дмитрий, но через цепочку народных и уменьшительных форм. Если взглянуть на словообразовательную модель, видно, что основа — Митрюшк(а), где суффикс -юшк- указывает на ласкательное или обиходное именование. В русской ономастике такие формы (Митюшка, Митрюшка) возникали как упрощение от Дмитрий: начальное «дм» в быстрой речи превращалось в «м», а затем добавлялся уменьшительный суффикс. Фамилия Митрюшкин, а значит и Митрюшкина, держится на суффиксе -ин, который в русском языке обозначает принадлежность: «чей?» — Митрюшкин, то есть сын или потомок Митрюшки.

Интересно, что в отличие от более распространённых Митрофанов или Митюков, фамилия Митрюшкина встречается реже и имеет выраженную региональную привязку. По данным переписей и архивов, наибольшая концентрация носителей — в южных областях России, особенно в Рязанской и Тамбовской губерниях. Там форма Митрюшка бытовала как самостоятельное имя, а не только как производное от Дмитрия. В некоторых говорах Митрюшкой могли называть и человека с именем Митрофан — это вторая версия происхождения, хотя лингвистически она менее вероятна, так как от Митрофана ожидалась бы форма Митрошкин или Митрофанов.

Суффикс -юшк- в фамилиях встречается нечасто. Обычно он остаётся в двусложных основах (Иванушкин, Петрушкин), а здесь мы видим трёхсложную основу Митрюшк-, что указывает на устойчивость именно этой уменьшительной формы в семейном обиходе. Предки носительницы фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами — в дворянской среде такие «домашние» фамилии на -ин закреплялись редко. Фамилия не получила широкого распространения в столицах, что тоже говорит о её корнях в сельской местности Центральной России.