Фамилия Гамаонова — редкая и звучная, её происхождение напрямую связано с миром птиц. В основе лежит слово «гамаюн» — так в древнерусских сказаниях называли вещую райскую птицу с человеческим лицом, предвещавшую счастье или беду. В народном сознании образ гамаюна сливался с представлением о мудрой, таинственной, иногда печальной птице, и прозвище Гамаюн могли дать человеку задумчивому, певучему, обладающему даром предвидения или просто любящему рассказывать небылицы. В некоторых говорах слово «гамаюн» означало также «говорун», «балагур», что добавляет бытовой оттенок к сказочному.

Суффикс «-ов» указывает на классическую русскую патронимическую модель — «чей?» — то есть «дочь (или жена) Гамаюна». Женская форма фамилии Гамаонова образована от мужской Гамаонов, которая первоначально была отчеством: сын Гамаюна со временем стал Гамаоновым. Интересно, что в фамилии произошло фонетическое изменение: «ю» перешло в «о» (Гамаюн → Гамаонов). Это типичный для русских фамилий процесс упрощения или адаптации редкого звука к более привычному произношению: так же, как, скажем, Каюров превращался в Каров.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где были особенно живучи легенды о птице Гамаюн — в новгородских, архангельских, вятских землях. Встречается она крайне редко, что делает её носителей обладателями не просто фамилии, а прямого отсыла к русскому фольклору. В отличие от более частых фамилий-птиц (Соколов, Орлов, Воробьёв), Гамаонова не имеет отношения к реальной орнитофауне — её корень чисто мифологический, книжный или сказочный.

Если сопоставлять с однокоренными, то ближайшая параллель — фамилия Гамаюнов, от которой вариант через «о» является либо диалектным, либо результатом ошибки писаря при записи в метрических книгах. В любом случае, оба варианта восходят к одному прозвищу. Сословных ограничений у фамилии нет: Гамаюном могли прозвать и крестьянина-сказителя, и посадского грамотея. Сведений о дворянских родах с такой фамилией не обнаружено, что типично для прозвищной этимологии.