Фамилия Толонина — женская форма, а её мужской вариант — Толонин. Эта фамилия образована по самой распространённой в русском языке модели: к основе прозвища или имени добавлялся суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — «сын Толони»). Следовательно, в центре внимания — прозвище Толоня, от которого и пошла фамилия.

Слово «толоня» не является общеупотребительным, но в русских говорах, особенно северных и сибирских, существовал глагол «толонить» — «толочь, толкать, мять, давить». Отсюда прозвище Толоня могли дать человеку грузному, тяжеловесному или, наоборот, настырному, который «прёт напролом». Есть и другая, более приземлённая версия: «толоня» — это тот, кто толчёт зерно в ступе, то есть работник на ручной мельнице или просто крестьянин, занятый однообразным трудом по переработке урожая.

В пользу северного происхождения фамилии говорит и характерный для тех мест суффикс -ин. Если бы фамилия образовалась в центральных или южных регионах, скорее всего, она имела бы форму Толонин-ов (по аналогии с Воронин — Воронов), но этого не произошло. Встречается фамилия и в написании с одной «н» — Толонина, что является грамматической нормой для кратких притяжательных прилагательных, хотя в современном делопроизводстве закрепилось двойное «н» в суффиксе.

Таким образом, предок современных Толониных был, скорее всего, крестьянином или ремесленником из северных или сибирских губерний, получившим прозвище за физическую силу, упрямство или род занятий, связанный с толчением, давлением.