Фамилия Антомонова — редкий случай, когда в основе лежит не имя или прозвище, а топоним, причём иноязычный. Если отбросить типичный русский суффикс принадлежности -ов, получим корень «Антомон». Он явно указывает на литовский город Антамонайтис (Antamoniškis) или на одноимённые деревни в Литве (Антомонис). В таком случае фамилия Антомонов — это не «сын Антомона», а «выходец из Антомона». Переселенцы из этих мест, оказавшись в русскоязычной среде, получали прозвание по месту прежнего жительства, а затем оно закреплялось в фамилии.

Версия о происхождении от церковного имени Антоний (через народную форму Антомон) менее вероятна. В русской традиции от Антония образовывали Антонов, Антонин, Антошкин, но не Антомонов. Форма с -м- на месте -н- (Антомон вместо Антонин) возможна, но нетипична для русских говоров, зато характерна для литовского языка, где звук «н» перед гласным часто переходит в «м». Это дополнительный аргумент в пользу балтийского следа.

Фамилия Антомонова — женская форма, образованная по стандартной модели: от мужской Антомонов путём замены суффикса на -а. Она указывает на то, что носительница — дочь или жена человека с такой фамилией. Встречается преимущественно на юге России, в Ростовской области и Краснодарском крае, куда в XIX — начале XX века активно переселялись крестьяне из западных губерний, в том числе литовцы и белорусы.

По сословной принадлежности предки Антомоновых, скорее всего, были крестьянами или мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Это не делает её менее интересной: она сохранила память о конкретном географическом пункте и маршруте миграции, что для историка ценно не меньше, чем сведения о знатном происхождении.