Фамилия Тарсунов — редкий случай, когда корень не поддаётся однозначному толкованию, но при этом не вызывает споров о своей искусственности. В отличие от множества фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров) или очевидных ремёсел (Кузнецов, Плотников), основа «тарсун» не встречается в древнерусских именословах и не фиксируется как распространённое прозвище.

Скорее всего, перед нами вариант фамилии, образованной от географического названия. Наиболее вероятная версия — связь с рекой Тарсу (встречается в бассейне Дона) или с одноимённым поселением. В таком случае Тарсунов — это «выходец с Тарсы», где суффикс -ун- выполняет роль, сходную с -ец- (ср. «волжанин» и «волжанец»), а -ов — стандартный патронимический или посессивный суффикс, указывающий на принадлежность. Модель «река/село → прозвище жителя → фамилия» — классическая для русской ономастики, хотя обычно таких фамилий больше на -ский (Тарсунский), но вариант с -ов встречается, особенно в среде однодворцев и крестьян, где фамилии закреплялись стихийно.

Менее вероятное, но не исключённое объяснение — от тюркского или финно-угорского прозвища. В тюркских языках есть слово «тарс» (упрямый, строптивый), а суффикс -ун может быть уменьшительным или образовывать имя деятеля. Однако в русских говорах слово «тарсун» нигде не зафиксировано, поэтому версия с географией выглядит убедительнее: фамилия возникла на территории, где смешивались славянские и неславянские топонимы, например, в рязанском или тамбовском пограничье.

С точки зрения словообразования, фамилия Тарсунов — типичная «оттопонимическая» модель с редкой основой. Суффикс -ов указывает на то, что фамилия оформилась в среде, где преобладал патронимический принцип (чей? — Тарсунов сын), а не прозвищный (как, например, у фамилий на -их/-ых). Это косвенно говорит о её относительно позднем закреплении — не ранее XVI–XVII веков, когда топонимические прозвища начали массово превращаться в наследственные фамилии.

В дореволюционных источниках фамилия встречается редко, в основном в южнорусских губерниях. Сословная принадлежность предков, скорее всего, крестьянская или однодворческая — дворянские роды с такой фамилией не известны. В современной России Тарсуновы живут в основном в центральных и южных регионах, что подтверждает гипотезу о происхождении от местного, а не пришлого названия.