Фамилия Прострелова — женская форма фамилии Прострелов. Её разбор стоит начать с глагола «прострелить», который в русских говорах имел не только прямое значение «пробить пулей», но и переносное. В словаре Владимира Даля зафиксировано, что «прострел» — это простонародное название болезни (прострел в спине, люмбаго) и растения прострел (сон-трава). Однако в основе фамилии, скорее всего, лежит не болезнь и не цветок, а прозвище.

Прозвище Прострел могли дать человеку с резким, «пробивным» характером — тому, кто умел настоять на своём, «простреливал» любые преграды. Вторая версия — ремесленная: на Русском Севере и в Сибири «прострелом» называли охотника, который бил зверя с одного выстрела, или мастера, изготавливавшего пули и дробины. Третий, менее очевидный вариант — топографический: «прострел» как узкий проход между холмами или в лесу; живущий в таком месте человек получал прозвище по месту жительства.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: Прострелов — сын Прострела. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, и встречается в основном в центральных областях России и в Поволжье. Встречаются также варианты Прострельников, Прострельщиков — с тем же корнем, но с другим суффиксальным оформлением.

Однозначной записи фамилии в дореволюционных справочниках нет, но в переписных книгах XVII–XVIII веков прозвищные фамилии на -ов от глаголов действия (Стрелов, Колупаев, Шибаев) были обычны. Прострелов — один из таких примеров, где за бытовым словом стоит живая черта человека или его занятия.