Фамилия Двинов почти наверняка «географическая»: её образовали от названия реки или города. Самый прямой и очевидный путь — от реки Двины. Западная Двина (в Белоруссии — Дзвіна, в Латвии — Даугава) течёт через три страны, и на старых картах встречается её краткая форма — Двин. Скорее всего, именно от этого варианта и произошла фамилия: предок носителя фамилии жил на берегах Западной Двины или переселился оттуда.

Менее распространённая, но тоже возможная версия связывает фамилию с армянским топонимом Двин. Так назывался крупный ремесленно-торговый город, столица средневековой Армении. Он лежал к северу от прежней столицы — Арташата, на берегах реки Мецамор, в 35 км к югу от современного Еревана. В этом случае Двинов — это русская по форме фамилия, восходящая к армянской основе Двин. Выходец из армянского Двина, переселившись в русские земли, мог получить фамилию по привычной модели на -ов.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?»), а основа — Двин. Так обычно называли человека по месту жительства: «тот, кто с Двина». Обе версии — и речная, и городская — сходятся на том, что фамилия не описывает характер или профессию предка, а указывает на его родину или место, откуда он родом.