Фамилия Химионов — редкая и неочевидная с точки зрения корня. На первый взгляд кажется, что она связана с химией, но это ложный след. В русской ономастике фамилии на -ионов обычно образуются от крестильных имён греческого происхождения, оканчивающихся на -ий: Евгений — Евгеньев, но если народная форма звучала как Евгеня, то появлялся вариант Евгенионов. Здесь та же модель: в основе лежит имя Химий — редкая просторечная форма канонического имени Евфимий (в быту — Ефим, Хим, Хима). Суффикс -онов указывает на принадлежность: «чей?» — Химионов, то есть сын Химия.

Имя Евфимий в переводе с греческого означает «благочестивый», «доброжелательный». В русских деревнях его сокращали до Хим, Хима, Химий — так возникали фамилии Химов, Химин, Химичев и, с наращением -он-, Химионов. Вторая версия, менее вероятная, — от прозвища Химоня, которое могло относиться к человеку с хитроватым или насмешливым нравом (от диалектного «химить» — хитрить, изворачиваться). Но для фамилии с суффиксом -онов первично всё же имя, а не глагол.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям — Воронежской, Тамбовской, Рязанской. Там имя Ефим было особенно распространено, и его народные варианты дали множество производных фамилий. Химионовы, скорее всего, потомки крестьян или однодворцев: в этих краях фамилии на -онов закрепились именно в среде сельского населения, а не дворянства.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых метрических книгах можно встретить Химiоновъ (с «i» десятеричным) или Химионов — с двойным «и». Современная орфография закрепила один вариант, но при поиске предков стоит учитывать оба.