Фамилия Титунова образована от мужского имени или прозвища Титун. Основа здесь — нецерковное имя Тит, а именно его просторечная форма Титун, возникшая под влиянием суффикса -ун, который в русских говорах часто придавал именам и прозвищам оттенок простонародности или ласкательности. Суффикс -ов в окончании фамилии указывает на принадлежность («чей?») — Титунов, то есть сын или потомок Титуна. Форма Титунова — женская или родительная, но в современном употреблении это неизменяемая фамилия жены или дочери.

Исходное имя Тит пришло на Русь с христианством из латинского языка, где означало «честь» или «почёт». Однако в народной среде имя быстро обросло бытовыми вариантами. Титун — один из них, характерный для северных и центральных регионов России, где -ун было продуктивным суффиксом. Параллельно в тех же говорах существовали формы Титко, Титов, Титенок, но Титун выделялся именно своей «протяжной» огласовкой, которая могла закрепиться за человеком как прозвище — возможно, за медлительного или основательного, по ассоциации с долгим произношением.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия Титунова относится к типу на -ов от прозвищной основы. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования от просторечных вариантов канонических имён описываются как массовое явление XIV–XVII веков, когда крестьяне и посадские люди получали фамилии не от крестильного имени, а от его обиходной «уличной» версии. Титун — яркий пример такой народной переделки.

Географически фамилия встречается спорадически, без явного сгущения в одном регионе. По данным современных баз, носители Титуновых рассеяны от Архангельской области до Сибири, что типично для фамилий, возникших от распространённого имени. Социально предки Титуновых скорее всего были крестьянами или ремесленниками, поскольку в дворянской среде предпочитали более книжные формы (Титов, Титков).

Спорных версий у фамилии нет: маловероятно связывать её с тюркским «титун» (чин) или с глаголом «титунить» (не зафиксирован в словарях). Единственное правдоподобное объяснение — через имя Тит и его производное Титун.