Фамилия Белохвостова происходит от мирского имени Белохвост, которое, в свою очередь, восходит к названию хищной птицы. Белохвостом на Руси называли род ястребиных, и это имя давали ребёнку по языческому обычаю: считалось, что, назвав сына в честь птицы, родители обеспечивают ему покровительство природы и передают лучшие качества этого зверя — зоркость, силу, выносливость. Такие «птичьи» имена были распространены в крестьянской среде до XVII века, пока церковь не начала активно бороться с двоеверием.

Суффикс -ов- в фамилии указывает на принадлежность: Белохвостов — это буквально «сын Белохвоста». Женская форма Белохвостова закрепилась за женой или дочерью носителя фамилии, а в современном обиходе стала основной для женщин.

Существует и бытовая версия, связывающая прозвище Белохвост с внешностью: так могли назвать человека с длинными светлыми волосами. Однако эта гипотеза менее убедительна. Прозвища по цвету волос обычно строились иначе — Белобрысый, Беловолос, Беляк. А вот отождествление человека с птицей — типичный для древнерусской антропонимии ход, и именно он лежит в основе фамилии.

С точки зрения географии фамилия Белохвостова встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, где водились эти хищные птицы. В словарях русских фамилий (например, в работах Б. Унбегауна) подобные «орнитологические» фамилии рассматриваются как одна из древнейших групп, восходящих к дохристианским именам-оберегам.