Фамилия Сисонова — женская форма, мужской вариант — Сисонов. В основе лежит редкое каноническое имя Сисой. Это краткая или народная форма крестильного имени Сисой, которое восходит к древнееврейскому имени Сисай (вероятно, от «сис» — мольба, просьба). В святцах имя Сисой носил один из преподобных отцов, поэтому оно было известно на Руси, хотя и не получило широкого распространения.

Словообразовательная модель проста: к основе Сис- добавлен суффикс -он, который в русских фамилиях встречается нечасто и обычно указывает на «сына» или «потомка» человека с таким именем. Затем притяжательный суффикс -ов/-ев присоединился по типу «чей?» — «Сисонов», то есть «сын Сисоя». Фамилии на -онов (как Сисонов, Артамонов, Авдеонов) характерны для северных и центральных регионов России, где имена с суффиксом -он бытовали в быту.

Носительница фамилии Сисонова, скорее всего, происходит из крестьянской или мещанской среды: в дворянских родах такие формы не фиксируются. Географически фамилия встречается в основном в Поволжье и на Урале — в архивах XIX века есть записи о крестьянах Сисоновых из Вятской и Пермской губерний. Редкость имени Сисой сделала фамилию малочисленной, что отличает её от массовых Ивановых или Петровых.

Если отталкиваться от значения имени Сисой («мольба»), то предок-основатель мог получить имя по церковному календарю, и фамилия просто сохранила это имя в патронимической форме. Других версий, вроде прозвища от диалектного слова «сисый» (серый, сизый), у фамилии нет — основа явно именная.