Фамилия Леониов — редкий случай, когда на слух она звучит почти как отчество, но на деле образована иначе. В русских фамилиях суффикс -ов обычно присоединяют к основе, оканчивающейся на согласный: Иванов, Петров, Соколов. Здесь же основа «Леони-» и суффикс -ов создают необычное сочетание, которое сразу выдает книжное или искусственное происхождение.

Вероятнее всего, в основе фамилии лежит имя Леонид. В просторечии от Леонида образовали бы Леонидов (от полной формы) или Леонтьев (от Леонтий). Но Леониов — это, скорее всего, результат церковнославянского влияния. В святцах имя Леонид греческого происхождения, и при образовании фамилии в духовной среде могли взять не бытовую форму «Леонид-ов», а латинизированный или грецизированный вариант основы «Леони-». Семинаристы и священники нередко «облагораживали» фамилии, отбрасывая конечные согласные или меняя суффиксы, чтобы подчеркнуть книжность.

Вторая версия, менее вероятная, — происхождение от редкого крестильного имени Леон (через форму Леоний). Но тогда ожидалась бы фамилия Леонов или Леоньев. Форма Леониов заставляет предположить, что исходное имя звучало как Леони́й (с ударением на «и»), что встречалось в греческих монашеских именах, но почти не бытовало в народе.

Географически фамилия Леониов крайне редка. В дореволюционных справочниках и метрических книгах она встречается точечно, преимущественно в центральных губерниях России, в среде духовенства или мещанства. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Таким образом, предки носителя фамилии Леониов с большой долей вероятности были людьми грамотными, связанными с церковью или училищем. Фамилия — не случайная уличная кличка, а осознанное образование, подчеркивающее происхождение от имени Леонид, но в форме, чуждой бытовому языку.