Фамилия Хартонова — женская форма фамилии Хартонов, и её разбор стоит начать с мужского варианта, поскольку именно он несёт основную смысловую нагрузку. Хартонов — это типичная русская фамилия, образованная от имени или прозвища с помощью стандартного суффикса -ов, указывающего на принадлежность («чей?» — сын Хартона). Сама основа Хартон с точки зрения русского языка неочевидна: в ней нет корней, связанных с распространёнными ремеслами или природными явлениями.

Ключ к происхождению — в звуковом сходстве с греческим именем Харитон. В русской традиции это имя, означающее «благодатный», «щедрый», давалось при крещении и было довольно популярно в крестьянской и купеческой среде. В просторечии имя Харитон могло утратить начальный слог «Ха-» или измениться под влиянием местных говоров, превратившись в Хартон. Таким образом, Хартонов — это патронимическая фамилия, то есть «сын Хартона», а Хартон — народная, усечённая форма канонического Харитона.

Встречается и другая, менее вероятная версия: от слова «харт» — в некоторых южнорусских и украинских говорах так называли крепкий, прочный лёд, а также твёрдый, упрямый характер человека. В этом случае прозвище Хартон мог получить человек с жёстким нравом или, например, рыбак, промышлявший зимой. Однако эта гипотеза спорна: слово «харт» в значении «лёд» крайне редкое и локальное, а фамилия Хартонов встречается не только на юге, но и в центральных областях России.

География бытования фамилии не имеет ярко выраженного центра, но чаще всего носители Хартоновых фиксируются в Воронежской, Тамбовской и Рязанской областях — это регионы, где имя Харитон было особенно распространено в XVII–XIX веках. В метрических книгах этих губерний нередки записи о крестьянах Харитонах, чьи потомки в документах записывались как Хартоновы — из-за неграмотности писаря или местного произношения, где «и» редуцировалось.

Фамилия Хартонова, как и все женские формы на -ова, закрепилась в русском быту в XIX веке, когда жёны и дочери стали официально наследовать фамилию мужа или отца с соответствующим окончанием. В дворянской среде эта фамилия не отмечена — она почти наверняка принадлежит к крестьянскому или мещанскому сословию, что подтверждается её прозрачной патронимической моделью без аристократических суффиксов типа -ский.