Фамилия Мловихайлов — один из тех редких случаев, когда ошибка писаря или диалектное произношение закрепились в официальном документе и стали родовым именем. Скорее всего, перед нами искажённая форма фамилии Молохайлов или Малахайлов. Основа здесь — прозвище Малахай (Молохвай), которое в южнорусских и украинских говорах давали человеку, носившему малахай — шапку-ушанку с длинными ушами, или же тому, кто отличался медлительностью, мешковатостью (по ассоциации с просторной, болтающейся одеждой). Слово «малахай» тюркского происхождения (от «мала» — скот, пастушеская шапка), и в русские говоры оно вошло через казачью среду.

Суффикс -ов указывает на стандартную модель образования русских фамилий от прозвищ или имён, оканчивающихся на твёрдый согласный. Но начальное «Мл» вместо ожидаемого «Мал» или «Мол» — явный след акающего произношения и упрощения группы согласных: «Малахайлов» в быстрой речи могло звучать как «Млахайлов», а затем писарь, не расслышав, записал «Мловихайлов». Вторая версия, менее вероятная, — что в основе лежит не «малахай», а диалектное «мловить» (говорить, молвить), но тогда фамилия должна была бы звучать как Молвихайлов или Молвин, а не Мловихайлов.

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украине — регионам, где было распространено слово «малахай» и где аканье и редукция гласных наиболее сильны. Встречается она крайне редко, что подтверждает её «сбойное» происхождение: большинство носителей фамилии со временем «исправили» написание на более привычное Молохайлов или Малахайлов, а вариант Мловихайлов застыл в виде исключения. Таким образом, предок носителя этой фамилии был, скорее всего, казаком или крестьянином, которого прозвали за его шапку-малахай, а фамилию ему записали на слух, не сверяясь с правилами.