Фамилия Людомирова — женская форма фамилии Людомиров, и её происхождение напрямую связано с мужским именем или прозвищем Людомир. Это редкий случай славянского двухосновного имени, которое не вошло в церковный календарь, но бытовало в народной среде. Первая часть — «люд-» (от «люди», «людской»), вторая — «-мир» (в значении «мирный», «спокойный» или «вселенная»). Смысл имени-оберега: «милый людям», «любящий людей», «мирный среди людей». Такие имена были популярны до крещения Руси, а позже встречались как нецерковные, особенно в северных и западных русских землях.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: Людомиров — «сын Людомира». Модель типична для русских фамилий, образованных от полных славянских имён, но сама основа редкая. В отличие от распространённых Владимир или Мирослав, имя Людомир не закрепилось в святцах, поэтому фамилия встречается нечасто и имеет узкую географию. Скорее всего, её носители — потомки одного человека или небольшой группы, жившей в центральной или северной России, где такие имена дольше держались в быту.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит в одном ряду с Людмилов, Любомиров, Радомиров. Но если Людмила — женское имя, то Людомир — мужское, и фамилия от него образована по стандартной патронимической схеме. В дореволюционных записях фамилия могла писаться через «ѣ» (Людомировъ) или с вариациями ударения, но корень оставался устойчивым. Сословная принадлежность первых Людомировых, скорее всего, крестьянская или мещанская, так как фамилии от неканонических имён редко встречались у дворянства.

Споров о происхождении немного. Единственная альтернативная версия — связь с топонимом Людомир (гипотетическое название села или урочища), но такая версия слаба, потому что на карте России нет известных населённых пунктов с этим названием. Гораздо правдоподобнее, что перед нами прямое отчество от личного имени, которое вышло из употребления, но сохранилось в фамилии.