Фамилия Андронов образована от имени Андрон, которое пришло на Русь вместе с христианством из Византии. В основе лежит греческое слово «андрос» — «мужественный». Это каноническое имя, которое давали при крещении, и именно оно стало главным источником фамилии. Потомок человека по имени Андрон со временем и получил фамилию Андронов.

Существует и другая версия, но она менее правдоподобна. Согласно ей, в основе фамилии лежит не имя, а прозвище Андрон, восходящее к нарицательному «андрон» — «шест, жердь», а также «совок, черпак, применявшиеся на свеклосахарных заводах и других производствах». Если следовать этой гипотезе, предок Андроновых мог быть либо очень худым и высоким человеком (прозвище по внешности), либо работал на заводе (прозвище по профессии).

Отдельного внимания заслуживает словообразовательная модель. Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую фамилию: «чей?» — Андронов, то есть сын Андрона. Такая модель закрепилась в центральных и северных регионах России с XV–XVI веков.

В некоторых случаях фамилию могли связывать с мирским именем Андрос — просторечной формой имени Антроп. Само имя Антроп восходит к древнегреческому прилагательному «эутропос», что означает «благонравный». Однако эта версия уступает основной по частоте встречаемости и не подтверждается массовым бытованием формы «Андрос» в документах.

Известен род донских дворян Андроновых — это отдельная ветвь, представители которой служили в казачьих войсках и имели земельные владения. Таким образом, фамилия Андронов неоднородна по происхождению: основная масса носителей получила её от крестильного имени, но в отдельных случаях могли сыграть роль прозвище или региональная форма другого имени.