Фамилия Металлистов — один из ярких примеров «искусственных» фамилий, созданных в духовной среде в XIX веке. Она не могла возникнуть в крестьянской или купеческой среде: слово «металлист» в значении «рабочий металлургической промышленности» вошло в обиход лишь в конце XIX — начале XX века, когда фамилии у основной массы населения уже были закреплены. Поэтому искать корни в профессии предков-металлургов — ошибка. Фамилия образована по типичной семинарской модели: от греческого или латинского слова (в данном случае от «металл») с помощью суффикса -ов, указывающего на принадлежность. Семинаристам, не имевшим наследственных фамилий, часто давали «благозвучные» фамилии по названиям минералов, растений, абстрактных понятий. Металлистов мог получить ученик, отличавшийся успехами в физике или минералогии, или просто как «красивая» фамилия, наряду с Златоустовым, Серебровым, Камневым.

В отличие от фамилий на -ский, которые часто давали по названию местности или храма (например, Спасский, Троицкий), модель на -ов с «профессиональным» корнем встречается в семинарской практике реже, но тоже известна. Она придаёт фамилии более «русское» звучание, хотя основа — книжная, нерусская. В дореволюционных адресных книгах и метриках Металлистовы встречаются почти исключительно среди духовенства, учителей, мелких чиновников — то есть в среде, где было принято давать детям такие фамилии.

Второй, гораздо менее вероятный, но теоретически возможный вариант — происхождение от прозвища Металлист, данного человеку за твёрдость, «металлический» характер или за работу с металлом. Однако для крестьянской среды такое прозвище нетипично: металлом в деревне занимались кузнецы, и их чаще называли по ремеслу напрямую (Кузнецов, Ковалёв). Прозвище Металлист появилось бы разве что в городской рабочей среде уже после того, как фамилия Металлистов была зафиксирована.

Географически фамилия не имеет ярко выраженного ареала: она рассеяна по всей России, но чаще встречается в городах, а не в сёлах, что подтверждает её «книжное» происхождение. В советское время фамилия могла переосмысляться носителями как «рабочая», «пролетарская», что иногда приводило к её сознательному сохранению или даже смене на неё, но изначальный генезис — именно семинарский. Таким образом, Металлистов — это не потомственный кузнец, а, скорее всего, потомок семинариста, получившего звучную фамилию от учителя риторики.