Фамилия Семенонова — редкий случай, когда стандартная русская патронимическая модель накладывается на нестандартную основу. В отличие от привычных Семёновых (от имени Семён), здесь в основе лежит не каноническая форма, а производная — Семенон. Суффикс -он- в данном случае выполняет ту же роль, что и -к- в фамилии Семенков: он указывает на уменьшительную или обиходную форму имени. То есть Семенон — это не имя, а прозвищное или домашнее производное от Семён, которое в быту звучало как «Семенóн» (с ударением на последний слог).

По словообразовательной модели фамилия принадлежит к самому массовому типу русских фамилий на -ов/-ев. Окончание -а указывает на женскую форму (Семенонова), мужской вариант — Семенонов. Такая фамилия могла закрепиться в крестьянской или мещанской среде, где отчество или прозвище отца фиксировали в документах именно в той форме, в какой его называли в семье: «Семенонов сын» — то есть сын Семенона.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным губерниям России, где диалекты любили «наращивать» суффиксы к именам. Встречаются варианты написания с буквой «ё» — Семёнóнова, но в документах XIX века чаще писали через «е», так как церковнославянская традиция требовала писать имя «Семен» без ё. Путаница с ударением тоже возможна: в некоторых говорах фамилию произносили Семенóнова (от Семенон), в других — Семёнoнова (от Семён с суффиксом -он-).

Семантически фамилия не содержит указания на род занятий или прозвище по характеру — это чистый патроним. Предки носительницы фамилии были, скорее всего, людьми, чьё имя в официальных бумагах записали не по святцам, а по живому деревенскому произношению. В этом смысле Семенонова — фамилия, которая сохранила звучание народной речи, не «причесанное» под книжную норму.