Фамилия Митюхляев отвечает на вопрос «чей ты будешь?» и образована от личного прозвища Митюхляй. За этим необычным на слух прозвищем стоит просторечная форма канонического имени Димитрий. Греческое имя Деметриос переводится как «принадлежащий Деметре», богине плодородия, но в народной среде оно давно утратило связь с античной мифологией и превратилось в привычное Дмитрий. От него пошли десятки уменьшительных и обиходных форм: Митя, Митюха, Митяй, Митюхляй.

Разбор фамилии по составу показывает типичную для русских фамилий модель: к основе Митюхляй добавили притяжательный суффикс -ев, который указывал на принадлежность. Первоначально Митюхляев означал «сын Митюхляя», а в XV–XVII веках, когда фамилии только закреплялись, так называли детей и домочадцев. Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа заканчивается на мягкий согласный.

Само прозвище Митюхляй — редкий пример двойной народной переработки имени. Если Митюха — обычная форма, то добавление суффикса -ляй придаёт прозвищу оттенок ласково-шутливого отношения. Подобные формы встречались в северорусских и вятских говорах, где любили удлинять имена: Борюхляй, Ванюхляй, Степюхляй. Поэтому носитель фамилии Митюхляев с высокой вероятностью имеет предков из северной или центральной части России, где такие прозвища бытовали.

В официальных документах фамилия встречается редко, что неудивительно: прозвищные формы имён закреплялись в качестве фамилий нечасто, обычно у крестьян и посадских людей. Дворянские роды предпочитали более звучные варианты, а вот в среде простых людей Митюхляй мог стать основой фамилии без всяких претензий на знатность. Потомок этого Митюхляя со временем получил фамилию Митюхляев, и она закрепилась за его семьёй.

Стоит отметить, что написание фамилии устойчиво: через «е» после «л», хотя в разговорной речи иногда слышится «Митюхляв». Это особенность русской орфографии, где буква «е» после мягкого согласного передаёт и мягкость, и звук. В дореволюционных метрических книгах можно встретить вариант «Митюхляевъ» с твёрдым знаком на конце, что соответствует старой орфографии.

Если говорить о родственных фамилиях, то Митюхляев стоит в одном ряду с Митюхиным, Митяевым, Митюковым, Дмитриевым. Все они восходят к одному имени, но разными путями. Фамилия Митюхляев — самая редкая из этого ряда, и именно эта редкость делает её ценной для генеалогического поиска: по ней легче отследить конкретную семейную ветвь, чем по распространённым Дмитриевым.