Основой фамилии Митюхляева послужило имя Митюхляй. Имя Митюхляй представляет собой просторечный вариант церковного имени Димитрий (Дмитрий). Это имя имеет греческое происхождение и переводится как «принадлежащий Деметре». Скорее всего, основатель рода Митюхляевых был человеком из простого сословия. Таким образом, потомок человека, обладающего именем Митюхляй, со временем получил фамилию Митюхляева.