Фамилия Корольов образована по стандартной для восточных славян модели — от прозвища Король через притяжательный суффикс -ов-, указывающий на принадлежность («чей?» — королёв, то есть сын или потомок Короля). В русском языке суффикс -ев- (после мягкого «л» в «Король») на письме часто передавался как -ёв-, отсюда современное написание с буквой «ё». Это одна из фамилий, где разница между русской и украинской традициями заметна: в русской среде чаще встречается вариант Королев (без ё), а форма Корольов ближе к украинской фонетике, хотя встречается и в южнорусских регионах.

Прозвище Король давали не только за «царственное» поведение. В крестьянской среде до отмены крепостного права такое прозвище могло быть ироничным — так называли заносчивого или важного человека, который держался особняком. Реже прозвище связывали с реальным участием в выборах «короля» на народных гуляньях (например, на святках) или с игровой ролью в обрядах. В некоторых говорах «королём» называли также лучшего работника или хозяина, который «царствовал» в своем хозяйстве.

С точки зрения географии, фамилия Корольов наиболее плотно представлена в Сумской, Полтавской, Черниговской областях Украины, а также в прилегающих районах России — Брянской, Курской, Белгородской областях. Это объясняется тем, что прозвище Король было особенно распространено именно в этих землях, где украинский язык и традиции именования оказали влияние на русскую ономастику.

Ономасиолог Б. Унбегаун в своем труде «Русские фамилии» относит фамилии от прозвища Король к группе «княжеских» или «титульных» прозвищ, но подчеркивает их народное, а не аристократическое происхождение. В отличие от фамилий типа Царёв, которые могли даваться дворовым людям, Корольов чаще встречался среди свободных крестьян и казаков. Среди однокоренных фамилий — Королёв, Король, Корольков, Корольчук — именно форма Корольов сохраняет наиболее архаичное ударение на последнем слоге основы.