Фамилия Филоннов — один из тех редких случаев, когда двойное «н» в суффиксе не случайно, а указывает на конкретную модель образования. В русских фамилиях суффикс -ов обычно присоединяется к основе, оканчивающейся на твёрдый согласный: Филон → Филонов. Но здесь мы видим Филоннов, с удвоением. Это значит, что фамилия образована не напрямую от имени Филон, а от прозвища или имени Филон с последующим наращением суффикса -н- перед фамильным -ов. Проще говоря, сначала появилось отчество Филонович (где «н» принадлежит суффиксу -ович), а затем от него, по модели «отчество → фамилия», возникла форма Филоннов. То есть предок носителя этой фамилии был не просто Филоном, а именно Филоновичем — сыном Филона.

Само имя Филон — это просторечная, народная форма канонического имени Филарет (греч. «любящий добродетель») или Филимон (греч. «любящий, милый»). В русской традиции такие сокращения были обычны: длинное церковное имя ужималось до двух-трёх слогов. Филон — один из таких вариантов. Встречается и напрямую греческое имя Филон (от греч. φίλος — «друг»), но в России оно было редким и почти не использовалось как крестильное, так что основа здесь скорее всего от Филарета или Филимона.

Географически фамилия Филоннов довольно редкая и локальная. По данным переписей и архивов, она встречается преимущественно в центральных и северных областях России — в Вологодской, Костромской, Ярославской губерниях. Это зона, где были сильны старообрядческие традиции, а в старообрядческой среде часто использовали народные, а не официальные формы имён. Возможно, предки Филонновых были крестьянами или ремесленниками, но точных сословных привязок нет — фамилия не дворянская и не купеческая, что косвенно подтверждает её «низовое» происхождение.

Интересно, что однокоренные фамилии — Филонов, Филончиков, Филоненко — распространены гораздо шире. Филоннов выделяется именно двойным «н», которое для русского уха звучит как признак фамилии, образованной от отчества с суффиксом -ович. Такие формы (Сергеев → Сергеевич → Сергеевнов) встречаются, но редко; это скорее исключение, чем правило. Поэтому Филоннов — фамилия, которая «выдаёт» себя: по ней можно понять, что предка звали Филоновичем, а не просто Филоном.