Фамилия Мухотдинова — женская форма, а мужская, Мухотдинов, образована по самой частотной русской модели отчества: суффикс -ов добавляется к основе, оканчивающейся на согласный. Но вот основа здесь не славянская, а арабо-тюркская, что сразу указывает на происхождение носителей из среды поволжских татар или башкир, где такие фамилии особенно распространены.

Корень фамилии — личное мужское имя Мухотдин. Это сложносоставное арабское имя, которое восходит к двум элементам: «Мухи» (или «Мухйи») — «оживляющий, дарующий жизнь» и «ад-дин» — «вера, религия». В сумме имя Мухйиддин (в русской передаче часто упрощённое до Мухотдин) означает «оживляющий веру» или «возрождающий религию». Это имя из числа «богословских»: его давали в честь исламских учёных и проповедников, подчёркивая надежду на то, что сын станет ревнителем веры.

Интересна фонетическая адаптация: в русском языке сложное арабское «Мухйиддин» потеряло один слог и изменило гласные, превратившись в более удобное для произношения «Мухотдин». Такая перестройка характерна для татарских и башкирских фамилий, которые фиксировались в русских документах в XVII–XIX веках — писарям было проще записать на слух, чем воспроизвести точную арабицу.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Мухетдинов, Мухаметдинов — показывает, что все они восходят к одной модели имени с компонентом «дин». Но Мухотдинов стоит особняком: в нём усечена начальная часть, и это редкий случай, когда имя не сохранило полную форму. Встречается фамилия в основном в Татарстане, Башкортостане, а также среди татарской диаспоры в Средней Азии.

Сословно предки Мухотдиновых могли быть как крестьянами, так и муллами или торговцами — имя «оживляющий веру» нередко давали в семьях, где ценили религиозное образование. Но точных данных о принадлежности к дворянству или купечеству по этой фамилии нет, и выдумывать их не стоит.