Фамилия Логонова — женская форма от Логонов, и её разбор стоит начать с суффикса. Модель на -ов указывает на типичное для русских фамилий притяжательное значение: «чей?» — Логонов, то есть сын или потомок человека по прозвищу или имени Логон. Сама основа Логон- встречается редко, что сразу выделяет фамилию из ряда более привычных.

Корень «лог» в русском языке многозначен. Самое прямое значение — «овраг, низина, ложбина», то есть природный объект. В этом случае прозвище Логон могли дать человеку, жившему у такого оврага. Но более вероятна версия, связанная с диалектным глаголом «логонить» — «громко говорить, шуметь, браниться». Тогда Логон — прозвище крикливого, бранчливого человека. Такие прозвища были распространены: они не обязательно носили оскорбительный оттенок, а скорее выделяли характерную черту.

Встречается и менее очевидная версия: связь с крестильным именем Логгин (от латинского Longinus — «длинный»). В народном произношении имя нередко упрощалось, теряя окончание, и давало формы вроде Логон. Однако эта гипотеза слабее: фамилия Логинов гораздо более распространена, а Логонова — скорее локальный вариант, возникший в говорах, где звук «г» произносился твёрже.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южнорусским областям, но не является массовой. Её редкость — главная особенность: в отличие от типовых «ремесленных» или «именинных» фамилий, Логонова сохраняет след прозвища, которое могло быть дано в конкретной семье или деревне. Сословная принадлежность предков не восстанавливается — прозвище Логон мог получить и крестьянин, и посадский человек, и казак.