Фамилия Граматунова образована от прозвища или нецерковного имени Граматун. В основе лежит слово «грамота» и его производные. В старину «граматуном» (или «грамотуном») могли назвать грамотного человека — того, кто умел читать и писать, что в малограмотной среде было редкостью и ценилось высоко. В некоторых говорах слово имело ироничный оттенок: так могли называть человека, который слишком умничает или кичится своей учёностью. В любом случае, прозвище указывало на социальную характеристику — отношение к знанию, письму, книжной культуре.

Суффикс -ун в основе Граматун — типичный для русских прозвищ, обозначающих лицо по характерному действию или свойству (ср. «говорун», «молчун», «ворчун»). Он придаёт слову оттенок постоянного качества или склонности. Фамилия образована по стандартной модели: к основе Граматун добавили патронимический суффикс -ов, а окончание -а указывает на женскую форму. То есть Граматунова — буквально «дочь (или жена) Граматуна».

Фамилия редкая. Она не встречается в массовых списках дворянских родов и не фиксируется в крупных исторических справочниках по боярству. Скорее всего, она возникла в крестьянской или мещанской среде, где грамотность была исключением, а потому запоминалась и давала повод для прозвища. Географически фамилия могла закрепиться в северных и центральных губерниях России — в районах с более высоким уровнем грамотности среди крестьян (например, в старообрядческих общинах или в среде приказчиков и церковных служителей).

Интересно, что фамилия сохранила старую орфографию с буквой «а» в корне (Граматунов, а не Грамотунов). Это может указывать на акающее произношение, свойственное московским и южнорусским говорам, или на то, что прозвище записывали «на слух» в документах XVII–XVIII веков, когда единые нормы правописания ещё не сложились. Однокоренные фамилии — Грамотин, Грамоткин, Грамотеев — встречаются чаще, но Граматунова выделяется именно этим архаичным звучанием и редкой словообразовательной моделью.