Фамилия Диомидова образована от полного церковного имени Диомид. В этом её отличие от многих русских фамилий, произошедших от уменьшительных или обиходных форм крестильных имён. Модель «имя + -ов(а)» — одна из самых распространённых, но здесь она приложена к редкому, книжному имени, что сразу указывает на возможную социальную среду предка.

Имя Диомид восходит к греческому словосочетанию со значением «божественная власть» (по другой версии — «божий совет»). В православных святцах известно несколько святых с этим именем, дни памяти которых приходятся на 16 июля, 29 августа, 10 и 15 сентября. Наиболее почитаемый из них — мученик Диомид, врач из Тарса Киликийского. Он лечил не только телесные, но и душевные недуги, многих язычников обратил в христианство и крестил. Церковь чтит его как целебника и призывает его имя при совершении таинства Елеосвящения. Согласно житию, святой Диомид много путешествовал, проповедуя. Когда он пришёл в город Никею, император Диоклитиан послал воинов схватить его. По дороге из Никеи в Никомидию Диомид сошёл с телеги помолиться и умер. В доказательство исполнения приказа воины отсекли ему голову, но тут же ослепли. Диоклитиан велел отнести голову обратно к телу; когда воины исполнили это, они прозрели и уверовали во Христа.

Сама фамилия Диомидова — женская форма. Мужской вариант — Диомидов. Скорее всего, основатель рода был человеком из знатного или духовного сословия: в крестьянской и купеческой среде редкое церковное имя чаще переделывали в более привычные формы (Демид, Демьян), от которых пошли фамилии Демидов, Демьянов. Сохранение полной формы «Диомид» — признак грамотной, книжной среды, возможно, духовенства или дворянства. Таким образом, носительница фамилии Диомидова — потомок человека, которого при крещении назвали в честь святого врача и мученика, и фамилия донесла до нас это имя в его первоначальном, полном виде.