Фамилия Мхайлов — редкий пример того, как на письме закрепилось просторечное произношение. В русском языке у ряда слов, начинающихся с сочетания «их», в беглой речи первый гласный может редуцироваться или вовсе выпадать. Так «Ихайлов» на слух превращалось в «Мхайлов». Основа здесь, без сомнения, та же, что и в массовой фамилии Михайлов: она восходит к каноническому имени Михаил (в переводе с древнееврейского «кто как Бог»).

Суффикс -ов указывает на принадлежность. Первым носителем такой фамилии был, скорее всего, сын, внук или холоп человека по имени Мхайло — простонародной формы имени Михаил. В документах XVII–XVIII веков встречаются варианты «Мхайло», «Мхайла» именно как обиходные, диалектные формы. Писцы могли записать прозвище или фамилию со слуха, не исправляя на литературный лад, — так и возникла фамилия с утраченной начальной гласной.

Географически фамилия Мхайлов тяготеет к южнорусским и украинским говорам, где «аканье» и редукция гласных выражены сильнее. Встречается она в основном в Белгородской, Воронежской, Ростовской областях, а также на Кубани. Это не массовая фамилия, а скорее локальная, что делает её хорошим маркером определённого диалектного ареала.

В отличие от фамилии Михайлов, которая могла принадлежать и дворянам, и духовенству, Мхайлов — почти всегда крестьянская или казачья фамилия. Она не попала в родословные книги, потому что закрепилась в среде, где грамотность была низкой, а фамилии фиксировались «на слух» при переписях. Таким образом, предки современных Мхайловых — это, скорее всего, однодворцы, государственные крестьяне или казаки южных окраин России, для которых форма «Мхайло» была привычной в быту.