结论：向多个用人单位仲裁二倍工资是否合法，需根据具体情况判断，若劳动者与多个用人单位均存在事实劳动关系且均未签订书面劳动合同，理论上可分别向各用人单位主张二倍工资，但实践中需考虑证据充分性、仲裁时效及是否存在混同用工等因素。以下从不同角度详细分析：

1. 法律基础：二倍工资的适用条件

根据《劳动合同法》第八十二条，用人单位自用工之日起超过一个月不满一年未与劳动者订立书面劳动合同的，应当向劳动者每月支付二倍的工资。核心条件包括：

• 存在事实劳动关系；
• 未签订书面劳动合同；
• 用工时间超过一个月。

若劳动者同时与多个用人单位存在事实劳动关系（如兼职、非全日制用工等），且均未签订书面合同，理论上可分别向各用人单位主张二倍工资。但需注意：

• 证据要求：需证明与每个用人单位均存在独立劳动关系（如工资发放记录、工作安排、考勤记录等）；
• 仲裁时效：二倍工资的仲裁时效为一年，自劳动关系终止之日起计算，需确保主张未超时效。

2. 实践中的常见情形与风险

（1）混同用工的认定

若多个用人单位存在关联关系（如母子公司、实际控制人相同），且劳动者的工作内容、管理、工资发放等存在混同，仲裁机构或法院可能认定存在“混同用工”。此时：

• 劳动者可能需选择其中一个用人单位主张权利，或要求关联企业承担连带责任；
• 若主张多个用人单位分别支付二倍工资，可能因“重复主张”被驳回。

案例参考：某劳动者同时为A公司（母公司）和B公司（子公司）工作，工资由A公司发放，但B公司安排具体工作。仲裁机构可能认定A、B公司混同用工，劳动者仅能选择其一主张二倍工资。

（2）非全日制用工的例外

根据《劳动合同法》第六十九条，非全日制用工双方可以订立口头协议。若劳动者与多个用人单位建立的是非全日制劳动关系（如每日工作不超过4小时，每周累计不超过24小时），则不适用二倍工资规则。

3. 操作建议

1. 固定证据：

   • 收集与每个用人单位的劳动关系证据（如工作证、工资条、聊天记录、考勤记录等）；
   • 区分不同用人单位的工作内容、管理主体及工资发放主体。

2. 分案主张：

   • 若证据充分且无混同用工情形，可分别向各用人单位所在地的劳动仲裁委员会申请仲裁；
   • 若存在混同用工，需根据关联关系选择主张对象或要求连带责任。

3. 注意时效：

   • 二倍工资的仲裁时效为一年，自劳动关系终止之日起计算，建议尽快主张权利。

4. 法律后果

• 成功主张：若仲裁机构认定符合条件，用人单位需支付未签合同期间的二倍工资差额（如工作6个月未签合同，可主张5个月工资）；
• 败诉风险：若证据不足、超过时效或被认定为混同用工，可能无法获得支持。

总结：向多个用人单位仲裁二倍工资的合法性需结合具体事实判断，关键在于证明独立劳动关系、避免混同用工认定，并注意时效与证据。如有疑问，可直接向我咨询具体案情。