Фамилия Тихомирнова образована от мужского имени Тихомир, которое в древнерусской традиции было двусоставным и означало «тихий мир» или «тот, кто приносит тишину и покой». В отличие от более распространённых «громких» княжеских имён вроде Ярослава (ярый + слава), Тихомир — имя из народной, неаристократической среды: его давали в крестьянских и посадских семьях, желая ребёнку спокойной, мирной жизни. Женская форма фамилии указывает, что её носительница — потомок человека по имени Тихомир либо жена Тихомира (в случае с замужними женщинами в старых документах).

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: основа Тихомир- + суффикс -ов- (указывающий на принадлежность) + окончание -а. Суффикс -ов- типичен для русских фамилий, образованных от имён, оканчивающихся на твёрдый согласный. Интересно, что фамилия встречается не только в центральных областях России, но и на Русском Севере — в Архангельской и Вологодской губерниях, где имя Тихомир фиксируется в писцовых книгах XVI–XVII веков. Это говорит о том, что фамилия не пришлая, а исконно русская, с глубокими корнями.

В ономастических словарях (например, в работах Б. Унбегауна) Тихомир рассматривается как типичный пример «мирного» имени, которое после крещения Руси не исчезло, а осталось в быту как нецерковное, мирское. Позже оно перешло в фамилию, минуя стадию прозвища: человека звали Тихомиром, его детей — Тихомировыми, а дочь или жену — Тихомирновой. Форма на -нова (а не -ова) возникла из-за того, что в основе уже был суффикс -ин-? Нет, здесь иначе: Тихомирнов — вариант, где к основе Тихомир- добавился суффикс -н- (как в фамилиях Смирнов, Грязнов), что встречается реже, но встречается, и указывает на диалектное или случайное стяжение.

В отличие от фамилии Тихомиров (более частой), Тихомирнова — вариант с дополнительным -н-, который мог возникнуть из-за того, что в некоторых говорах имя произносили как «Тихомирный», то есть «тихий, смирный». Тогда фамилия означала бы «из рода Тихомирных» — потомков человека, которого прозвали за характер Тихомирным. Обе версии правдоподобны, но первая (от имени Тихомир) проще и подтверждается массой аналогий.

Сословно носители фамилии, скорее всего, относились к крестьянам или мещанам — дворянских родов с такой фамилией в «Бархатной книге» и других родословных сборниках не значится. Встречается она и сейчас, но нечасто: по данным современных телефонных справочников, основная масса Тихомирновых живёт в Поволжье и на Урале, что совпадает с зонами позднего заселения, куда переселялись крестьяне из северных губерний.