Фамилия Датунова — женская форма, мужская — Датунов. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Датун. Словообразовательная модель простая: суффикс -ов- указывает на принадлежность («чей?»), то есть Датунов буквально означает «сын Датуна» или «человек из рода Датуна». Суффикс -ин в этой фамилии не встречается, что типично для основ, оканчивающихся на твёрдый согласный.

Корень — дат- — вызывает вопросы. В русских говорах слово «дата» в значении «число, срок» — позднее заимствование из латыни через немецкий или польский, вряд ли оно легло в основу прозвища в XVI–XVII веках. Куда вероятнее, что Датун — это вариант имени Дота или Дотай, которые встречаются в древнерусских актах. Ономаст Степан Веселовский в своём словаре упоминает Доту (XVI век, Новгород) и Дотая (крестьянин, 1495 год). Имя могло быть уменьшительным от Дорофей или Дометий, но не исключено и тюркское влияние: в татарском и башкирском языках есть имя Даут (арабское Давуд, библейский Давид), и Датун могло возникнуть как его местная форма с русским суффиксом -ун. Такие «гибридные» фамилии характерны для Поволжья и Приуралья, где русские и тюркские фамилии нередко пересекались.

География фамилии Датуновых довольно узкая. По данным современных телефонных справочников и баз, большинство носителей живёт в Башкортостане, Оренбургской области и Татарстане. Это косвенно подтверждает версию о тюркском следе. В центральных областях России фамилия почти не встречается.

Версия с прозвищем от глагола «дать» («датун» как «дающий», «щедрый») маловероятна — суффикс -ун в русских прозвищах обычно придаёт оттенок действия или свойства (говорун, бегун), но основа «дат-» в таком значении не зафиксирована. Поэтому из двух гипотез — русское личное имя Дота или тюркское Даут — вторая выглядит убедительнее с учётом ареала фамилии.

Сословной принадлежности у Датуновых в прошлом, скорее всего, не было: это крестьянская или мещанская фамилия, без дворянских корней. В родословных книгах она не упоминается.