Фамилия Доменнова — женская форма, а мужская, Доменнов, встречается реже. Сразу бросается в глаза необычный суффикс -ов, наращенный на основу, которая уже оканчивается на -н. В русских фамилиях такое бывает, но нечасто. Обычно фамилии на -ов образуются от основ на согласный (Иван — Иванов, Сокол — Соколов). Здесь же основа «Доменн» уже имеет двойное «н», что указывает на то, что исходное прозвище или имя звучало как Доменна, и только потом к нему прибавили стандартный патронимический суффикс.

Корень фамилии — «Домен» — скорее всего, восходит к латинскому «dominus» (господин, владыка). В русском языке это слово закрепилось в двух значениях. Первое — церковное: «дóмен» (с ударением на первый слог) так в старину называли колокольный звон, а точнее, его ритмический рисунок. Звонарь, задававший тон, мог получить прозвище Домен. Второе значение — бытовое и, вероятно, более позднее: «домéн» (с ударением на второй слог) — так в некоторых говорах называли большую печь для выплавки чугуна, то есть домну. Однако в этом случае мы бы ожидали фамилию Домнов или Доменный, а не Доменнов.

Гораздо правдоподобнее, что в основе лежит не прозвище, а редкое каноническое имя Домен (Домн, Домиан) — сокращённая форма от Дометий или Доментиан. Имя Дометий (от лат. «domitus» — укрощённый, приручённый) было известно в святцах, но в народе его часто переделывали в Домен или Домн. От имени Домен образовалась форма Доменна — так в быту называли дочь или жену Домена. А от неё уже пошла фамилия Доменнов (чей? — сын Домены).

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным регионам России. В переписных книгах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с фамилией Доменов (с одной «н»), но форма с двойным «н» — Доменнов — фиксируется реже и, вероятно, указывает на более позднее закрепление через женскую линию. Это нередкий случай в русской ономастике: когда фамилию давали не по отцу, а по матери (например, если отец был неизвестен или мать была вдовой). В таком случае Доменнова могла означать «дочь Домены» или «жена Домены», а мужская форма Доменнов — «сын Домены».

Таким образом, предок носителей этой фамилии, скорее всего, был человеком по имени Домен (Домн), а сама фамилия — редкий пример образования от женского варианта этого имени с последующим присоединением стандартного суффикса.