Den påhittade Elwyn Davies var näst efter UKIP:s parlamentsledamot Nathan Gill till namnigenkänning, före Jill Evans, Derek Vaughan och Kay Swinburne.
Siffrorna framträdde i 2016 års walesiska valstudie.
Cardiff Universitys professor Roger Scully sade att väljarna var "osannolikt att märka" förlusten av parlamentsledamöter efter Brexit.
Men Vaughan, ledamot av Wales sedan 2009, sade att det är "svårt" för parlamentsledamöterna att få erkännande.
Prof Roger Scully, huvudutredare för Cardiff University-ledda 2016 Welsh Valstudie, sade att det förmodligen var föga förvånande att Mr Gill kom överst med tanke på hans högre profil roll i församlingen valkampanj.
"Men ingen av de andra walesiska parlamentsledamöterna valdes ut av en större andel av de tillfrågade än den legendariska figuren i walesiska politiken "Elwyn Davies" - vars bidrag till vårt nationella politiska liv jag känner att jag inte behöver utveckla", sade han.
Prof Scully, som tillbringade den tidiga delen av sin karriär i Europaparlamentet, sade att de flesta ledamöter av Europaparlamentet är "mycket hårt arbetande personer".
Men han tillade: "Vi kommer naturligtvis mycket sannolikt att förlora våra parlamentsledamöter när Storbritannien lämnar EU.
"Men på dessa resultat, verkar det rimligt att säga att de flesta av den walesiska allmänheten är osannolikt att märka."
De tillfrågade tillfrågades: "Wales representeras av fyra ledamöter i Europaparlamentet. Vilka, om några, av följande personer tillhör Wales fyra företrädare i Europaparlamentet?"
De fick bara 30 sekunder på sig att svara, för att hindra dem från att söka på Internet, och fick välja mellan fyra helt påhittade namn och två riktiga parlamentsledamöter.
Resultaten tyder på att Wales fyra parlamentsledamöter - UKIP:s Gill, Plaid Cymru:s Evans, Labours Vaughan och de konservativas Swinburne - valdes ut av allmänheten som såg namnen med en uppdelning på 16 %, 11 %, 9 % respektive 6 %.
Men den påhittade Elwyn Davies valdes av 12 procent av dem som såg "hans" namn och slog alla parlamentsledamöter förutom Gill.
Av de återstående påhittade namnen plockades David Sherwood av 5%, Lynn Goodwin 5% och Jenny Green 5%.
Labourparlamentariker Vaughan, som svar på walesiska valstudiens pressmeddelande, sade: "Jag har kontor i södra Wales och norra Wales och gör regelbundna besök i valkretsen, men det är omöjligt att försöka täcka hela Wales på ett sätt som garanterar att människor känner igen dig."
Uppgifterna samlades in av YouGov via internet i mars 2016 och 3 272 personer svarade.
En fiktiv parlamentsledamot erkändes av en större andel människor än tre verkliga, har en undersökning föreslagit.