Фамилия Леонардов — редкий случай в русском ономастиконе. Её основа — имя Леонард, которое пришло в русскую культуру из западноевропейских языков, прежде всего из немецкого и французского. В отличие от распространённых греческих или библейских имён, Леонард — германского происхождения: от слов leo (лев) и hard (сильный, смелый). В России это имя никогда не было массовым, его давали в семьях, ориентированных на европейскую традицию, — среди обрусевших немцев, польской шляхты, дворянских кругов.

Модель образования фамилии прозрачна: суффикс -ов указывает на патроним — «сын Леонарда» или «потомок Леонарда». По типу она близка к фамилиям Робертов, Карлов, Фридрихов — всем, что образованы от западных имён. Однако в дворянской и купеческой среде такие фамилии часто закрепляли в документах уже в XVIII–XIX веках, а не складывались стихийно, как крестьянские. То есть носитель фамилии Леонардов, скорее всего, происходил из семьи, где имя Леонард передавалось как родовое или было дано предку при крещении в лютеранской или католической традиции.

Есть и вторая, менее очевидная версия. В редких случаях основой могло стать прозвище Леонард, данное человеку за сходство с персонажем (например, с образами Леонардо да Винчи или святого Леонарда). Но это предположение слабее: прозвища редко образовывались от имён знаменитостей до XIX века, а святой Леонард почитался в католичестве, но не в православии, где его культ отсутствовал.

Географически фамилия встречается точечно. В дореволюционных списках Леонардовы зафиксированы в Санкт-Петербургской губернии, в Москве и на юго-западе империи — в Киевской и Волынской губерниях, где было много польских и немецких поселений. После революции часть носителей эмигрировала, другие остались, и сегодня фамилия остаётся малочисленной, но не исчезнувшей. Суффикс -ов, а не -ский или -ич, указывает на то, что фамилия обрусела: её носители уже в XIX веке говорили по-русски и числили себя подданными империи, а не иностранцами.