Фамилия Толматова — женская форма фамилии Толматов, и её происхождение связано не с «толмачом» (переводчиком), как могло бы показаться на первый взгляд, а с древнерусским словом «толмачить» — толковать, объяснять. В основе лежит прозвище Толмат, которое давали человеку говорливому, любившему растолковывать всё окружающим, либо тому, кто выполнял роль толкователя — не обязательно переводчика, но и, например, посредника в спорах или переговорщика. Суффикс -ов в мужской форме Толматов — типичный патронимический, указывающий на принадлежность: «сын Толмата».

В ономастике фамилия редкая, не входит в сотни самых распространённых. Её географическая привязка — преимущественно южнорусские и поволжские регионы, где слово «толмачить» бытовало в диалектах дольше, чем на севере. Встречаются варианты написания через «а» (Толматова) и через «о» (Толмотова), но первый считается исходным: корень «толм-» восходит к тюркскому «tilmaç» (переводчик), заимствованному в древнерусский язык. Таким образом, за внешне простой фамилией стоит не ремесло, а живое прозвище по характеру или занятию.

С точки зрения словообразования, фамилия Толматова — пример того, как суффикс -ов- присоединился к основе, оканчивающейся на твёрдый согласный, что дало классическую русскую модель. В отличие от фамилий на -ин (например, Толмачин), здесь нет указания на принадлежность матери или жене, только на отца. Это важно: Толматова — не «жена Толмата», а «дочь Толмата», и лишь в XIX веке за ней закрепилось значение женской фамилии при замужестве.

Носители фамилии не оставили заметного следа в истории, что типично для прозвищных фамилий крестьянского и мещанского сословия. Встречаются единичные упоминания в метрических книгах Курской и Тамбовской губерний конца XVIII века. Сейчас фамилия сохраняется в основном в центральной России и на Урале, но остаётся малочисленной.