Фамилия Сомоносова — редкий случай, когда женская форма фамилии почти полностью вытеснила мужскую в сознании носителей. На слух она воспринимается как притяжательное прилагательное с суффиксом -ов, но на деле перед нами усечённая форма отчества или прозвища, записанного в родительном падеже.

Корень здесь — «сомон». В русских говорах слово «сомон» (или «самон») означало нечто самодельное, грубое, иногда — самогон, а в сибирских и уральских диалектах — бродягу, одинокого человека, не имеющего постоянного жилья. Прозвище Сомон могли дать человеку замкнутому, нелюдимому или же тому, кто гнал самогон. Мужская форма фамилии — Сомоносов — образована по модели «прозвище + -ов» с последующим добавлением фамильного суффикса -ов, что характерно для поздних фамилий крестьян и мещан XIX века.

Однако есть и вторая, менее очевидная версия. В некоторых регионах «сомон» — искажённое «саман» (строительный материал из глины и соломы). Тогда прозвище могло относиться к строителю или человеку, жившему в саманном доме. Но эта версия слабее: переход «а» в «о» под ударением в русских фамилиях встречается редко.

Географически фамилия привязана к северо-востоку европейской России и Сибири. В метрических книгах Вятской и Пермской губерний XIX века встречаются крестьяне Сомоносовы, но в единичных записях. Фамилия не попала в дворянские родословные книги и не получила широкого распространения — её носители оставались в податных сословиях.

С точки зрения словообразования интересно, что суффикс -ов присоединился не к основе «Сомон», а к форме «Сомонос» — то есть к родительному падежу прозвища («сын Сомоноса»). Это архаичная модель, которая в XIX веке уже уступала место прямому прибавлению суффикса к именительному падежу. Сравните с фамилиями типа Сорокин или Пушкин — там суффикс -ин крепился к основе на -а/-я; здесь же мы видим редкий случай, когда прозвище на твёрдый согласный дало форму на -ов, но не от именительного, а от родительного падежа. Это делает Сомоносовых родственными по модели фамилиям вроде Соколов (от «Сокол»), но с нестандартным промежуточным звеном.