Фамилия Тихомирова звучит как отчество, но в её основе лежит не календарное имя, а древнее славянское мирское имя Тихомир. Сложенное из основ «тихий» и «мирный», оно было призвано наделить своего носителя спокойствием и миролюбием. Родители, нарекая сына Тихомиром, желали ему стать уравновешенным и справедливым человеком, а потому имя это было не просто красивым пожеланием, а своего рода оберегом.

Любопытно, что Тихомир — одно из немногих дохристианских имён, которое не исчезло после крещения Руси, а дожило в обиходе вплоть до XVII века. Оно встречалось и в княжеской среде: так звали одного из болгарских царей XI века. На русской почве имя фиксируется в документах Смутного времени и более поздних: в актах С. Б. Веселовского упоминаются Тихомир Яковлевич Загоскин (1603 год), Тихомир Герасимович Муравьев (1632 год) и Феоктист Тихомиров, дьяк Поместного приказа (1633 год). Последняя запись показательна: уже в первой трети XVII века от имени Тихомир активно образовывалась фамилия, причём у человека, занимавшего заметную государственную должность.

Фамилия Тихомирова — это форма женского рода, тогда как мужской вариант Тихомиров образован по стандартной модели притяжательных прилагательных с суффиксом -ов. То есть буквально она отвечает на вопрос «чей?» — сын или дочь Тихомира. В старину такие фамилии закреплялись за детьми, а затем передавались по наследству уже безотносительно к имени предка.

Среди носителей фамилии были люди разных сословий — от дьяков до крестьян. Архивные записи рисуют широкую географию: в Книге памяти Новгородской области значится Тихомиров Павел Алексеевич, родившийся в 1882 году в деревне Ерзовка; в Ленинградском мартирологе — Тихомиров Павел Андрианович, 1901 года рождения, из деревни Пупово Тихвинского уезда; а в Книге памяти Иркутской области — Тихомиров Павел Владимирович, 1886 года рождения, уже иркутянин. Совпадение имён здесь не случайность, а отражение популярности имени Павел в ту пору, но сами записи показывают, как далеко разошлась фамилия от мест первоначального бытования.

В XX веке фамилия получила известность благодаря людям науки и литературы. Среди них — Николай Иванович Тихомиров, русский учёный и изобретатель, один из пионеров ракетной техники, а также советский писатель Олег Николаевич Тихомиров. Их заслуги не связаны напрямую со значением имени, но они закрепили за фамилией репутацию интеллигентной и деятельной.