Фамилия Хворостинова образована от прозвища или нецерковного имени Хворостина. Основа здесь — слово «хворостина», то есть тонкий, гибкий прут, ветка. В прямом смысле так могли назвать высокого и худого человека, напоминающего прут, либо того, кто занимался плетением из лозы и хвороста — например, корзинщика или строителя плетней. В переносном значении «хворостиной» в некоторых говорах называли сварливую, бранчливую женщину (от глагола «хворостить» — бранить, сечь розгами), но для мужского прозвища это значение менее вероятно.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), то есть Хворостинов — потомок человека по прозвищу Хворостина. Важно, что фамилия стоит в женской форме (Хворостинова), хотя исторически она фиксировалась как мужская: Хворостинов. В русской традиции фамилии на -ин чаще всего образовывались от основ, оканчивающихся на -а/-я, что здесь и соблюдено.

С этимологической точки зрения фамилия прозрачна и восходит к общеславянскому корню *хворостъ, родственному словам «хворост» (сухие ветки) и «хворость» (болезнь, немощь). Однако связь с болезнью («хворый») — скорее народная этимология: прозвище Хворостина вряд ли давали больному человеку, так как суффикс -ин- в основе указывает на предмет, а не на качество. Более правдоподобно, что предок носителя фамилии был либо ремесленником, работавшим с прутьями, либо обладал внешним сходством с хворостиной — долговязый, сухой.

Фамилия не относится к числу распространённых дворянских (хотя существует старинный княжеский род Хворостининых, но это другая ветвь с суффиксом -ин- и другим ударением). Простая форма Хворостинов встречается в основном в крестьянской и мещанской среде центральной России и Поволжья. Встречаются варианты написания с одной «с» (Хворостинов), но нормативным считается двойное «с», так как слово «хворостина» пишется через две «с».