Фамилия Радионова образована от имени Радион — «акающего» варианта канонического имени Родион. В древнегреческом языке это имя означало «житель острова Родос», а народная этимология связывала его со словами «геройский» и «розовый» (по названию острова, славившегося розами). Церковь чтит святого Родиона (Иродиона), одного из семидесяти апостолов: он оставил епископскую кафедру в Патрах, чтобы сопровождать апостола Петра в Рим, и был обезглавлен в тот же час, когда распяли его учителя. День памяти святого — 23 ноября (по новому стилю), и в крестьянской среде имя Родион было распространено именно благодаря этому почитанию.

Разбор фамилии показывает типичную для русской ономастики модель: к основе Радион прибавлен патронимический суффикс -ов, указывающий на отчество. То есть Радионова буквально значит «дочь (или жена) Радиона». Форма с буквой «а» в первом слоге — следствие «аканья», то есть произношения безударного «о» как «а», которое закрепилось в письменной традиции. В северных и южных говорах такое написание встречалось чаще, чем в московской деловой документации, где предпочитали книжный вариант Родионов.

Интересно, что фамилия Радионова не только женская форма от Радионов, но и самостоятельная фамилия, которая закрепилась за женщинами в документах, а в мужском варианте осталась Радионов. В некоторых семьях, где главу звали Радионом, его дети могли писаться и Радионовыми, и Радионовыми же, но с разным ударением — на второй или третий слог. Ударение в фамилии чаще падает на «о» во втором слоге, но встречается и вариант с ударением на «а» — это зависит от местной традиции.

Среди однокоренных фамилий — Родионов, Родиончев, Родин, Родькин. Все они восходят к тому же имени, но Радионова выделяется тем, что сохранила «акающую» народную форму, тогда как Родионов ориентировался на церковнославянское произношение. Это делает фамилию ценной для историков языка: она показывает, как живое произношение XVIII–XIX веков побеждало книжную норму и закреплялось в фамильных прозваниях.