Фамилия Протозонов — редкий случай, когда прозвище или имя, лёгшее в основу, с высокой вероятностью было не русским, а греческим по происхождению. Разбираем её по составу: корень «Протозон» и типичный русский патронимический суффикс «-ов», означающий «сын» или «потомок». Ударение, скорее всего, падает на последний слог: Протозо́нов.

Самая правдоподобная версия возводит основу к греческому слову «πρωτόζωον» (protôzôon) — «простейшее», «первичное живое существо». В биологии этот термин известен с XIX века, но как фамилия он мог появиться раньше, в среде церковнослужителей или семинаристов. В духовных училищах и семинариях Российской империи было принято давать будущим священникам «говорящие» фамилии на греческий манер — часто от названий животных, растений или отвлечённых понятий. Протозонов мог получить ученик, который отличался скромностью, простотой нрава или, напротив, получил прозвище в шутку за свою медлительность — как «простейший организм».

Менее вероятна, но не исключена связь с греческим именем Протозон (Πρωτόζων) — «первый в жизни», «первородный». В таком случае фамилия означала бы «сын Протозона». Однако это имя крайне редкое, и в православных святцах оно не зафиксировано, что делает версию с семинарским прозвищем более обоснованной.

Географически фамилия Протозонов встречается в основном в центральной России и Поволжье, что косвенно подтверждает её «искусственное» происхождение — такие фамилии не привязаны к одному региону, а разносились выпускниками духовных училищ по разным епархиям. По сословию носители почти наверняка были из духовенства или, реже, из разночинцев, получивших образование.

Сравните с однокоренными фамилиями: Протозо́ев, Протозо́новский — все они образованы по одной модели и тоже редки. В отличие от фамилий от крестильных имён (Иванов, Петров), Протозонов не указывает на профессию или место жительства предка, а скорее на обстоятельства его жизни — учёбу в семинарии и, возможно, характер.