Фамилия Фаэтонова — редкий случай, когда в основе лежит не древнерусское имя или ремесло, а книжное слово из античной мифологии. Фаэтон — сын бога солнца Гелиоса, который, не справившись с солнечной колесницей, едва не сжёг землю. В русском языке XVIII–XIX веков слово «фаэтон» имело два ходовых значения: так называли лёгкую открытую коляску (карету) и, реже, крупную яркую бабочку.

Скорее всего, фамилию дали не в честь мифического героя, а по прозвищу. Фаэтоном могли назвать ямщика, кучера или владельца модного экипажа — человека, чья работа или примета была связана с повозкой. Возможно, прозвище носило ироничный оттенок: так могли окрестить лихача или, наоборот, неуклюжего возницу, который «летит, как Фаэтон, но падает ещё быстрее».

Суффикс -ов- указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ или названий профессий, закрепившуюся в среде крестьян и мещан. Окончание -а говорит о женской форме: носительница фамилии — женщина, а её мужской вариант — Фаэтонов. Фамилия искусственная, книжная, что встречается в среде духовенства или образованных горожан, но не исключено, что она возникла и в среде, где ценили грамотность и необычные прозвища.

Однокоренных фамилий в русском языке практически нет. Встречаются единичные случаи Фаэтоновых, но в массовых справочниках (например, у Б. Унбегауна) эта фамилия не упоминается — она за пределами типичного ономастикона. Географически может тяготеть к югу России или к городам, где было развито извозное дело, но точных данных нет. Фамилия Фаэтонова — скорее всего, поздняя, возникшая не ранее середины XIX века, когда книжные слова стали проникать в бытовые прозвища.