Фамилия Луковой — это вариант на -ой, характерный для южнорусских и украинских говоров. В литературном русском языке чаще встречается форма Луков, но написание через -ой сохранило старую модель образования притяжательных прилагательных: «чей?» — Луковой, то есть сын, внук или человек Лука. Основа здесь — не овощ, а личное имя Лука, которое пришло на Русь вместе с христианством из греческого языка, где означало «свет» или «светлый».

Суффикс -ов- в сочетании с окончанием -ой указывает на принадлежность к конкретному человеку. Фамилия образована от полной формы имени, без уменьшительно-ласкательных суффиксов: не Лукин, не Лукьянов, а именно Луковой. Это довольно редкий случай: большинство фамилий от имени Лука закрепились как Лукин (от краткой формы) или Луков (от той же основы, но с нейтральным окончанием -ов). Вариант на -ой мог закрепиться в среде, где преобладала южнорусская или украинская диалектная традиция.

Версия о происхождении от прозвища Луковой по роду занятий (луковод, торговец луком) или по внешности (человек с луковичным носом) менее убедительна. Фамилии от названий растений обычно образуются через суффикс -ев- (Луковый, Луковцев) или через прозвища в форме существительного (Лук, Луковка). Форма Луковой с суффиксом -ов- и окончанием прилагательного мужского рода — это почти всегда отчество, а не прозвищное название.

Географически фамилия встречается нечасто, преимущественно в южных областях России — в Ростовской, Волгоградской областях, в Краснодарском крае, а также в восточных регионах Украины. Встречается и в Сибири, куда переселенцы принесли её в XIX веке. Сословной принадлежности у фамилии нет: крестьяне, мещане и казаки могли носить Луковой одинаково часто, поскольку имя Лука было распространено во всех слоях общества.

По написанию фамилия устойчива: ударение падает на последний слог — Луково́й. В документах XIX века можно встретить написание Луковый (с буквой «ы» на конце), но это тот же вариант в старой орфографии. Современная форма закрепилась только с окончанием -ой.