Фамилия Леодорова — женская форма от Леодоров, и её происхождение напрямую связано с редкостью исходного мужского имени. В основе лежит имя Леодор, которое представляет собой народную, упрощённую форму канонического имени Феодор (Фёдор). В русской народной среде, особенно в южных и западных говорах, начальное «ф» часто заменялось на «хв» (Хведор) или, реже, на «л» — так появились варианты Ледор, Леодор. Таким образом, носитель фамилии Леодоров — потомок человека по имени Леодор, что для своего времени означало то же самое, что и Фёдор.

Модель образования здесь стандартная: к основе имени Леодор добавили притяжательный суффикс «-ов», указывающий на принадлежность («чей?» — сын Леодора). Женская форма Леодорова закрепилась за женой или дочерью Леодорова. Фамилия эта — редкая, нечастотная, что и неудивительно: само имя Леодор никогда не было распространённым, уступая в популярности как полной церковной форме Феодор, так и основному варианту Фёдор.

Вероятнее всего, предки Леодоровых были крестьянами или мещанами из регионов, где диалектная замена «ф» на «л» была типична. Встречаются такие фамилии преимущественно на юге России и в некоторых областях Украины. В дворянской среде эта форма не прижилась — там строже следили за соответствием имени метрическим записям. Поэтому Леодоровы — фамилия, скорее всего, из простонародной среды, сохранившая в себе живое, не книжное произношение имени, которое когда-то дали предку.