Фамилия Локтионовы образована от прозвища или нецерковного имени Локтион. В основе лежит слово «локоть» — часть руки. Такие именования по частям тела в старину давали не со зла, а для меткой характеристики внешности или поведения: Локтионом могли прозвать человека с длинными руками, с необычным локтем или того, кто часто работал локтями, пробиваясь в толпе.

По словообразовательной модели фамилия Локтионовы — типичная русская патронимическая фамилия на -ов. Суффикс -ов присоединяли к основе, оканчивающейся на твёрдый согласный. Получается: Локтион → сын Локтиона → Локтионов. Такие именования, образованные по той же модели, широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян. Славянские фамилии возникали от личного прозвища или от имени (христианского или языческого).

Интересная деталь: в русских говорах существовало слово «локтион» — так в некоторых местах называли человека, который любит толкаться локтями или, наоборот, ходит, широко расставляя локти. Встречалась и форма Локтион как вариант просторечного произношения имени Галактион (от греческого «гала» — молоко). Но здесь связь слабее: имя Галактион давали по церковному календарю, а Локтион — скорее прозвище, привязанное к бытовой черте.

Фамилия Локтионовы не относится к числу редких, но и не слишком распространена. Чаще всего она встречается в центральных областях России, особенно в бывших Рязанской и Тамбовской губерниях, а также на Урале. В переписных книгах XVII века попадаются крестьяне и посадские люди с этим именованием — например, в документах по городу Елец упоминается Локтион, сын Фёдоров, что подтверждает бытование прозвища в среде простого люда.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Локтевы, Локотковы, Локтевские, — то Локтионовы стоят особняком: у них основа не просто «локоть», а личное прозвище Локтион, которое само по себе уже было полноценным именем. То есть предок носителя фамилии звался Локтионом, а не просто имел примету «локоть». Это делает фамилию более индивидуальной по происхождению, хотя и менее прозрачной для современного уха.