Фамилия Бирюзова — женская форма, а её мужской вариант — Бирюзов. В основе лежит прозвище Бирюзый. Чаще всего его связывали с драгоценным камнем бирюзой. По славянским поверьям, этот камень считался оберегом: верили, что носящий бирюзу не погибнет в бою, потому что никто не видел этот камень на мертвеце. Прозвище Бирюзый могли дать с охранительной целью — чтобы злые силы обходили человека стороной. Но есть и бытовая версия: так могли прозвать торговца драгоценностями или просто богатого человека, который мог позволить себе украшения с бирюзой.

Менее известная гипотеза выводит прозвище от растения бирюза — так в некоторых говорах называли полевую ежевику или малину. В этом случае прозвище давали по народной традиции «природного имени»: родители хотели, чтобы ребёнок воспринимался лесом или полем как свой, и к нему перешли сила и плодовитость кустарника.

Словообразовательная модель простая: суффикс -ов- указывает на принадлежность («чей?» — Бирюзов, то есть сын Бирюзого). Такая патронимическая фамилия закрепилась за потомками человека с прозвищем Бирюзый.

Самый известный носитель фамилии — Сергей Семёнович Бирюзов (1904–1964), Маршал Советского Союза, начальник Генерального штаба Вооружённых сил СССР в 1963–1964 годах. Его биография не связана с камнем или растением, но фамилия в советское время звучала необычно и запоминалась — на фоне множества «стандартных» фамилий на -ов она выделялась семантикой.