Село Митрофановка обозначено на карте Самарской губернии 1867 года. По состоянию на 1890 год — в составе Семёновской волости Новоузенского уезда Самарской губернии. Согласно Списку населённых мест Самарской губернии 1910 года село населяли бывшие государственные крестьяне, русские и мордва, православные, всего 840 мужчин и 768 женщин. В селе имелись церковь, земская и церковно-приходская школы, 7 ветряных мельниц.
После образования АССР немцев Поволжья — в составе Фёдоровского кантона. Согласно переписи 1926 года в Митрофановке проживало 1652 человека, из них немцев — 16. Село являлось центром Митрофановского сельсовета. 28 августа 1941 года был издан Указ Президиума ВС СССР о переселении немцев, проживающих в районах Поволжья. Немецкое население АССР немцев Поволжья было депортировано.
После ликвидации АССР немцев Поволжья Митрофановка, как и другие населённые пункты Фёдоровского кантона было передано Саратовской области.