Фамилия Картонов звучит как отчество, образованное от прозвища или профессии, но с неожиданным корнем. В основе лежит слово «картон» — плотная бумага или материал для переплёта. Такая фамилия могла появиться в среде ремесленников: картонажников, переплётчиков, мастеров, делавших шкатулки, коробки и папки из картона. В XIX веке картонажное дело было распространённым городским промыслом, и прозвище Картон могли дать человеку, который работал с этим материалом или торговал им.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: «чей?» — Картонов, то есть сын или потомок Картона. Фамилия образована напрямую от прозвища, а не от крестильного имени, — в святцах имени Картон нет. Встречается также вариант Картанов, но он может восходить к другому корню (от «карта» — игральная карта или карта местности). Картонов же более прозрачен по смыслу.

Географически фамилия редкая. В дореволюционных источниках она изредка фиксируется в центральных губерниях России, особенно в Москве и Санкт-Петербурге, где были сосредоточены переплётные и картонажные мастерские. В крестьянской среде такая фамилия почти не встречалась — это скорее городская, мещанская или купеческая.

Есть и другая, менее вероятная версия: от слова «картон» как заимствованного через польский или немецкий языки. В этом случае фамилия могла принадлежать обрусевшим иностранцам, работавшим в бумажной промышленности. Но основная и самая правдоподобная гипотеза — прозвище по ремеслу. Фамилия Картонов — редкий пример того, как в русской ономастике закрепилось название материала, а не инструмента или готового изделия.