Фамилия Бирюова — женская форма, а её мужской вариант — Бирюов. С первого взгляда бросается в глаза необычное окончание: не привычное -ов, а -ов. В русских фамилиях такое встречается редко и почти всегда указывает на диалектное или старое произношение. Чаще всего фамилии на -ов образовывались от основ, оканчивающихся на твёрдый согласный (например, Кузнецов), а на -ев — на мягкий или шипящий (Писарев). Здесь же основа «Бирю» заканчивается на гласный, что само по себе нетипично для исконно русских прозвищ. Вероятнее всего, фамилия Бирюов — это результат стяжения или упрощения: исходная форма могла звучать как Бирюков или Бирюгов, но в какой-то момент «к» или «г» выпали при произнесении, и написание закрепилось в таком усечённом виде. Подобные случаи известны в южнорусских и белорусских говорах, где согласные в потоке речи могли редуцироваться.

Если же отталкиваться от наиболее логичной реконструкции, основа «Бирю» восходит к слову «бирюк» — так в южных и центральных областях России называли волка-одиночку, а в переносном смысле — нелюдимого, угрюмого человека. Фамилия Бирюков широко распространена, и Бирюов, скорее всего, её фонетический вариант. В пользу этого говорит и то, что в документах XVIII–XIX веков встречаются записи, где одну и ту же семью писали то как Бирюковы, то как Бирюовы — из-за того, что писарь записывал фамилию на слух, «как слышалось». Таким образом, предки носителей фамилии Бирюова могли получить прозвище Бирюк — либо за замкнутый характер, либо за то, что жили в глухом месте, «бирючьим углом». Встречается и версия, что прозвище давали охотнику на волков, но она менее убедительна: обычно такие прозвища были более конкретными (Волкобой, Волкодав).

Географически фамилия Бирюова редкая, сосредоточена преимущественно в центральных областях России — в Тамбовской, Рязанской, Липецкой губерниях, где диалектное слово «бирюк» было в ходу. Сословный состав носителей был в основном крестьянским, реже — мещанским. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Для человека, ищущего свои корни, стоит обратить внимание на архивные записи: из-за вариативности написания (Бирюов, Бирюков, Бирюгов) предков могли записать под разными фамилиями в метрических книгах и ревизских сказках.