Фамилия Литосов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано не с характером или внешностью человека, а с его ремеслом. В её основе лежит устаревшее слово «литос» — так в некоторых русских говорах называли литейщика, мастера по литью металла. Человек, работавший на плавильне или отливавший колокола, пушки, домашнюю утварь, получал прозвище Литос. Суффикс -ов присоединился по стандартной модели: «чей сын?» — Литосов, то есть потомок литейщика.

Слово «литос» не стоит путать с греческим «литос» (камень) — это чисто русское образование от глагола «лить». В старых документах встречаются и другие варианты той же профессии: Литеец, Литейщик, Литун. Фамилия Литосов — одна из немногих, где корень прямо указывает на занятие, а не на имя или прозвище. По той же модели возникли Ковалёв (от «коваль» — кузнец), Плотников, Столяров.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России, где было развито ремесленное литьё. Она встречается в старых писцовых книгах, но никогда не была массовой — литейное дело оставалось уделом узкого круга мастеров. В отличие от фамилий вроде Кузнецов, которые встречаются повсеместно, Литосов сохранил связь с конкретным и довольно редким ремеслом.

Версия о происхождении от календарного имени (например, от греческого Ипатий или Литост) маловероятна: таких имён в русских святцах нет. Не стоит также искать связь с современным словом «литосфера» — это книжное заимствование XIX века, не имеющее отношения к народным прозвищам. Таким образом, предок носителя фамилии Литосов почти наверняка был мастером, работавшим с расплавленным металлом.