Фамилия Кирнов образована от имени или прозвища Кирн. В основе лежит либо разговорная форма крестильного имени Кирилл (через усечение до Кир), либо древнерусское нецерковное имя Кир. Второй вариант исторически правдоподобнее: в документах XV–XVII веков нередко встречается имя Кир, а уменьшительная форма Кирка дала начало фамилиям Киркин и Кирков. Кирнов же — это притяжательное прилагательное с суффиксом -ов, отвечавшее на вопрос «чей?»: сын Кирна, то есть потомок человека по имени или прозвищу Кирн. Суффикс -н- в основе указывает на краткую форму имени, характерную для северных и центральных русских говоров: там говорили не Кир, а Кирн, подобно тому как от Иван образовывали Иван, а от Петр — Петрун.

Само имя Кир имеет два возможных источника. Первый — греческое kyrios, «господин», которое в Византии употреблялось как почтительное обращение, а на Руси стало личным именем. Второй — тюркское kir, «поле, равнина»; такое прозвище могли дать человеку, жившему в степи или на открытой местности. Для фамилии Кирнов тюркская версия менее вероятна: прозвища, образованные от географических терминов, обычно давали по названию местности с суффиксом -ский (Кирский), а не с -ов.

Географически фамилия тяготеет к средней полосе России и Поволжью. В переписях XVIII–XIX веков Кирновы чаще всего записаны крестьянами и однодворцами в Тамбовской, Рязанской и Пензенской губерниях. Однодворческое происхождение — характерная деталь: эти люди были потомками служилых людей по прибору (стрельцов, пушкарей, засечных сторожей), которые после реформ Петра I оказались на положении государственных крестьян, но сохранили сословную память. Поэтому среди Кирновых встречаются как земледельцы, так и ремесленники, но почти нет дворян — фамилия не попала в родословные книги высшего сословия.

С точки зрения словообразования Кирнов стоит в одном ряду с фамилиями Миронов, Титов, Филатов — все они образованы от кратких форм крестильных имён с суффиксом -ов. Но если Миронов и Титов встречаются повсеместно, то Кирнов заметно реже: имя Кир никогда не было массовым, а в XVIII веке почти вышло из обихода, уступив место полной форме Кирилл. Именно редкость исходного имени делает фамилию Кирнов более локальной и менее распространённой, чем её «тезки» по модели.