Оба названия связаны с Митрофаниевским кладбищем, занимавшим огромную территорию между Балтийской и несуществующей ныне Варшавской железнодорожными линиями, Старообрядческой и Малой Митрофаньевской улицами.

Источник фото - Яндекс.Карты.

Кладбище было основано в 1835 году и получило имя по небольшой деревянной церкви, перенесённой сюда с Троицкой площади в связи с постройкой там Троице-Измайловского собора. Ее освятили заново во имя святителя Митрофана, епископа Воронежского и Елецкого, незадолго перед этим причисленного к лику святых.

Церковь стояла на северо-восточном углу современных Митрофаньевского шоссе и Малой Митрофаньевской улицы. В 1839–1847 годах на ее месте была возведена новая церковь по проекту Константина Тона.

От Царскосельского (Московского) проспекта к кладбищу шла дорога, которая с 1849 года так и называлась – дорога на Митрофаниевское кладбище. Иногда её объединяли с другой дорогой, начинавшейся от Обводного канала, под общим названием Скотопрогонная дорога.
Здесь гнали скот на бойню, располагавшуюся на углу Обводного канала и Царскосельского (Московского) проспекта.

14 июля 1859 года Скотопрогонную дорогу разделили на две – Большую и Малую Митрофаниевские дороги. Позже симметрия была нарушена: Малая Митрофаниевская дорога в 1914 году стала Малой Митрофаниевской улицей, а Большая Митрофаниевская дорога в 1896 году – Митрофаниевским шоссе. В 1930-е годы для них установилось написание «Митрофаньевские».

В 1929 году Митрофаниевский храм был уничтожен, а кладбище закрыто для захоронений. В 1930-е годы некоторые исторические захоронения были перенесены, многие памятники и надгробия разрушены и использованы в качестве строительного материала. В годы войны и блокады на Митрофаниевском кладбище хоронили жителей и защитников Ленинграда. В 1950-е годы на месте Митрофаниевского кладбища действовал самый большой в Ленинграде толкучий рынок, но отдельные могилы еще сохранялись.С конца 1950-х годов на территории бывшего кладбища появлялись различные ремонтные и складские объекты. На его северной границе возник отходящий от шоссе Митрофаньевский тупик - единственный "официальный" тупик в Петербурге.

Малая Митрофаньевская улица и сейчас проходит от Московского проспекта до Митрофаньевского шоссе. Долгое время она была разделена надвое подъездными путями Варшавского вокзала и соединилась вновь только после их ликвидации в 2010-х годах.

Митрофаньевское шоссе в 1957 году было продлено на юг, до Ялтинской улицы, а в 2007 году, после реконструкции, его соединили с Кубинской улицей Митрофаньевским путепроводом. Тогда же в створе шоссе был построен Митрофаньевский мост через Обводный канал.