Фамилия Арзамосов примечательна тем, что её основа — географическое название, но переход в фамилию произошёл не по самому очевидному пути. В основе лежит Арзамас, город в Нижегородской области. Логичнее было бы ожидать фамилию Арзамасов или Арзамасцев, где связь с местом прозрачна. В Арзамосове же во втором слоге вместо «а» стоит «о», что сразу выделяет её из ряда подобных.

Эта замена — ключ к разгадке. Скорее всего, мы имеем дело с диалектным произношением или особенностью письменной фиксации. В русских говорах распространено «аканье», когда безударное «о» произносят как «а». Здесь же процесс обратный: исходное «а» заменили на «о». В XVII–XVIII веках, при записи крестьян в переписные книги, дьяки нередко «исправляли» фамилии на свой лад, ориентируясь на церковнославянское написание или собственное произношение. Так Арзамасов мог превратиться в Арзамосова — ошибка писаря или сознательное «улучшение» звучания.

Менее вероятная версия — существование личного прозвища Арзамос. От названия города могли образовать не притяжательное прилагательное, а прозвище с другим суффиксом. Однако суффикс -ос в русских прозвищах нетипичен, поэтому эта гипотеза уступает первой по правдоподобию.

Суффикс -ов стандартный, указывает на принадлежность: «сын Арзамоса» или «из семьи Арзамосовых». Фамилия русская, по происхождению крестьянская или мещанская, без дворянского корня. Встречается преимущественно в Поволжье и центральной России, что подтверждает связь с Нижегородской областью. Коротко: предки носителя фамилии Арзамосов, вероятно, были выходцами из Арзамаса или его окрестностей, а необычное написание — следствие живой речи или канцелярской ошибки.