Фамилия Толстоносова — яркий пример «говорящей» русской фамилии, которая сразу рисует портрет предка. Её основа — прозвище Толстонос, данное человеку с крупным, мясистым или широким носом. В русской традиции такие прозвища давали без злого умысла, по самому заметному внешнему признаку. Гораздо реже, но теоретически возможна связь с названием рыбы «толстоносик» (разновидность пескаря) — тогда прозвище мог получить рыбак или человек, похожий на эту рыбу.

Модель образования простая и массовая для центральной России: суффикс -ов- указывает на принадлежность («чей?» — сын Толстоноса). Женская форма Толстоносова — это не вариант фамилии, а её исходный вид для женщин, закрепившийся в документах (мужская — Толстоносов). Фактически фамилия означает «потомок Толстоноса».

Интересно, что фамилия не попала в число самых частых, но её «прозрачность» делает её ценной для историка быта. В XVII–XVIII веках прозвища, описывающие внешность, часто давали крестьянам и посадским людям — они реже получали фамилии от имени отца или профессии. Поэтому Толстоносовы, скорее всего, не были дворянами (те чаще брали фамилии от вотчин или по службе), а происходили из крестьянской или мещанской среды. Географически фамилия встречается в разных регионах, но чаще — в бывших вотчинах центральной России: Ярославской, Костромской, Владимирской губерниях, где прозвища на -нос были особенно популярны.

В написании фамилии устойчиво сохраняется двойное «о» в корне (Толсто-), что отличает её от возможных искажений вроде «Толстоногова» или «Толстоножкина». Современные носители фамилии могут встретить её и в форме Толстоносов (мужская), и Толстоносова (женская) — это не разные фамилии, а грамматические варианты одной основы.