Фамилия Митюнова — женская форма фамилии Митюнов, а та, в свою очередь, образована от мужского личного имени Митя. Это просторечная, обиходная форма канонического крестильного имени Дмитрий. В русской традиции имена Дмитрий, Митя, Митюня, Митюха дали начало целому гнезду фамилий: Митяев, Митюков, Митюшин, Митюхин и, конечно, Митюнов. Фамилия Митюнова, таким образом, означает «принадлежащая потомку Мити», то есть Дмитрия.

Суффикс -ов в основе фамилии (Митюн + ов) — классический русский патронимический суффикс, указывающий на происхождение от отца. Первоначально Митюновыми называли детей и потомков человека по имени Митюня — уменьшительно-ласкательной формы, характерной для северных и центральных говоров. Форма «Митюня» звучит мягче и теплее, чем просто «Митя», что говорит о бытовом, семейном контексте возникновения прозвища.

В отличие от более распространенной фамилии Митяев, образованной от краткой формы Митяй, фамилия Митюнов встречается реже. Географически она чаще фиксируется в документах по Вологодской, Архангельской и Костромской губерниям, где суффикс -ун- в личных именах (как Иван — Иванюня, Петр — Петюня) был особенно употребителен. Сословно носители фамилии в XVIII–XIX веках принадлежали в основном к государственным крестьянам и мещанам, реже — к купечеству.

Интересно, что основа «Митюн» могла быть и самостоятельным прозвищем, не обязательно связанным с именем Дмитрий. В некоторых говорах слово «митюня» означало тихого, застенчивого или нерасторопного человека. Однако в подавляющем большинстве случаев фамилия Митюнова — это именно «сын Мити», и её корень лежит в древнерусском именослове, а не в нарицательной лексике.