Фамилия Черноземова — яркий пример того, как русское прозвище, связанное с землёй и трудом, превратилось в фамилию. Её основа — словосочетание «черная земля», то есть богатая перегноем почва, чернозём. Однако прямое значение «почва» здесь вторично. Скорее всего, прозвище Чернозем или Черноземный дали человеку с очень тёмной кожей, смуглому, либо тому, кто постоянно работал в поле и пачкался землёй. В русских говорах «чернозёмом» могли назвать и просто пахаря, земледельца.

Суффикс -ов- указывает на принадлежность: Черноземов — сын или потомок Чернозема. Окончание -а — это женская форма фамилии (Черноземова). Модель образования типична для русских фамилий конца XVII–XIX века: к прозвищу добавляли патронимический суффикс. Интересно, что в отличие от большинства «земельных» фамилий (Земцов, Земледельцев), здесь основа не просто «земля», а именно «черная земля», что конкретизирует признак.

Географически фамилия тяготеет к южным областям России, где чернозём — главное природное богатство. Встречается в Воронежской, Тамбовской, Курской, Липецкой областях, а также на Кубани. В северных регионах она редка, так как там чернозёмов нет, и прозвище было бы лишено местного колорита.

В ономастике есть версия, что фамилия могла возникнуть не от прозвища, а от названия населённого пункта — например, деревни Черноземье. Такие топонимы известны в Тамбовской и Пензенской губерниях. Тогда Черноземов — это выходец из Черноземья. Эта версия менее вероятна, но не исключена: фамилии на -ов от названий сёл встречаются, хотя обычно они образуются через суффикс -ский (Черноземский).

Среди носителей фамилии не зафиксировано громких исторических личностей, но это не делает её менее интересной. Черноземовы — это потомки крестьян или однодворцев, которые жили на плодородных землях и носили прозвище, прямо указывающее на их внешность или род занятий.