Фамилия Тимононова — женская форма от Тимононов, а та, в свою очередь, образована от мужского имени Тимонон. Это редкий случай, когда в основе лежит не каноническое имя, а его народная, разговорная версия. Имя Тимонон — это производная форма от крестильного имени Тимофей (в переводе с греческого «почитающий Бога»). В русской традиции имена часто усекали и добавляли суффиксы: Тимоха, Тимоша, а затем и Тимонон — как вариант, возникший под влиянием диалектного произношения или по аналогии с другими именами (например, Пахом — Пахомон).

Суффикс -ов в основе Тимононов указывает на принадлежность: буквально «сын Тимонона». Такая модель была самой распространённой при образовании русских фамилий в XVI–XVII веках, особенно среди крестьян и посадских людей. Женская форма Тимононова закрепилась как фамилия жены или дочери, но в современном употреблении она передаётся по наследству.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России — Вологодчине, Костромской и Нижегородской губерниям, где диалектные формы имён сохранялись дольше. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении: вероятно, родоначальник был известен в своей округе именно под этим прозвищем-именем.

Интересная деталь: в некоторых говорах «тимон» означало не только имя, но и ленивого, медлительного человека. Однако для фамилии Тимононова эта версия вторична, так как суффикс -он в основе — типичный уменьшительно-ласкательный, а не оценочный. Скорее всего, предок был просто «Тимофеем, которого в семье звали Тимононом».