Фамилия Мухометжанов — тюркская по происхождению, одна из тех, что несут в себе имя пророка. В её основе лежит арабское имя Мухаммад («восхваляемый», «достохвальный»), которое в тюркской среде получило форму Мухаммет или Мухамет. Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов, характерным для фамилий, возникших из отчества: «чей сын?» — Мухометжанов, то есть потомок Мухометжана. Второй корень — «жан» (от персидского «джан» — душа, жизнь) — типичный компонент составных имён у татар, башкир и других тюркских народов. Имя Мухометжан буквально означает «душа Мухаммада» или «живущий благодаря Мухаммаду» — это религиозно-охранительное имя, которое должно было принести ребёнку покровительство пророка.

Фамилия бытует в основном у татар и башкир, а также у казахов, где форма «Мухаметжанов» встречается особенно часто. В русском написании через «о» (Мухометжанов) — это результат адаптации тюркского произношения, где гласный первого слога в позиции между согласными мог редуцироваться и передаваться на письме как «о». Такая орфография закрепилась в метрических книгах и паспортных записях XIX–XX веков, особенно в Оренбургской, Уфимской и Казанской губерниях, откуда происходят многие носители фамилии.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в одном ряду с Мухаметшиным, Мухаметзяновым и Мухаметгалиевым. Разница в том, что здесь второй компонент не патронимический суффикс, а самостоятельное слово «жан», что делает фамилию двусоставной и более редкой. В сословном отношении предки Мухометжановых могли быть как крестьянами, так и купцами или муллами — составное имя с религиозным значением нередко давали в семьях, дороживших исламской традицией, независимо от достатка.

Точных сведений о первом носителе или дате возникновения фамилии нет, но можно уверенно сказать: она сложилась не раньше второй половины XVIII века, когда у тюркских народов Поволжья и Приуралья начали массово фиксировать фамилии по отцу. До этого человека звали просто Мухометжан, а его сына — Мухометжанов сын, что со временем закрепилось как наследственное имя рода.