Фамилия Мухитдионов — редкий пример фамилии, образованной от арабского имени через тюркское посредничество, с русским патронимическим суффиксом. Её основа — мужское имя Мухитдин (варианты: Мухиддин, Мухетдин), которое восходит к арабскому «Мухйи ад-Дин» — «оживляющий веру» или «возрождающий религию». Это теофорное имя, распространённое в среде мусульманских народов, особенно у татар, башкир и народов Средней Азии.

Разберём словообразовательную цепочку. Имя Мухитдин превратилось в фамилию по классической русской модели: к основе добавили суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Мухитдионов). Но в отличие от фамилий вроде Иванов или Петров, где суффикс крепится прямо к имени, здесь между корнем и суффиксом вклинивается компонент «-ион-». Это результат адаптации арабского окончания «-ин»: в русском языке имя Мухитдин при склонении давало форму родительного падежа «Мухитдина», от которой и пошла фамилия. То есть Мухитдионов буквально значит «сын Мухитдина».

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Уралу — регионам, где веками жили татары и башкиры. Встречается она и в Средней Азии, но там чаще используют национальные формы (Мухитдинов, Мухиддинов). Написание с двумя «о» (Мухитдионов) — характерный признак русификации: так фамилию записывали в документах, чтобы вписать в русскую грамматику. В отличие от фамилий на -ский, которые часто указывают на дворянское происхождение или географическое название, Мухитдионов — типичная «отчество в фамилию»: её носили люди из крестьянской или мещанской среды, ремесленники, духовные лица, грамотеи при мечетях.

Если сравнивать с однокоренными, то Мухитдинов (без второго «о») — более точная передача исходного имени, а Мухитдионов — результат канцелярской записи, когда чиновник добавлял лишнюю гласную для благозвучия. Обе формы существуют, но вторая встречается реже и выдаёт семейную историю, связанную с переселением в русскоязычную среду.