Фамилия Кантонистовы происходит от прозвища Кантонист. Так в России первой половины XIX века называли солдатских сыновей, которые с рождения числились за военным ведомством и с ранних лет готовились к службе в особых, низших военных школах. Прозвище указывало на сословную принадлежность или род занятий предка — скорее всего, он сам был кантонистом либо его дети проходили обучение в такой школе.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе «Кантонист» добавили патронимический суффикс «-ов», означающий «сын» или «потомок». То есть Кантонистовы — это потомки человека, которого в округе знали как Кантониста. Суффикс «-ов» типичен для фамилий, возникших в среде крестьян и мещан центральной России.

В Книге памяти Рязанской области есть запись о служащем-агрономе Степане Тимофеевиче Кантонистове, родившемся в 1895 году в деревне Деулино Рязанского района. Эта запись — одно из немногих документальных подтверждений бытования фамилии в конкретной местности. Она показывает, что к концу XIX века носители фамилии уже не были связаны с военной средой: Степан Тимофеевич работал агрономом, то есть гражданским специалистом.

Фамилия редкая. Её основа — не имя и не ремесло, а социальный статус, привязанный к конкретному историческому явлению. Это отличает Кантонистовых от большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён или названий профессий. Редкость фамилии объясняется тем, что само сословие кантонистов существовало недолго и было немногочисленным.

Точное время возникновения фамилии установить сложно. Скорее всего, она оформилась во второй половине XIX века, когда бывшие кантонисты и их дети начали получать фамилии по прозвищу отца. Окончательные выводы о происхождении конкретной ветви Кантонистовых требуют генеалогического исследования с опорой на метрические книги и ревизские сказки.