Фамилия Тонне — редкий для России случай, когда иноязычная основа «законсервировалась» в написании без адаптации под русские суффиксы. В ней нет типичных -ов, -ин или -ский, и это сразу указывает на позднее происхождение: фамилия не могла сложиться в крестьянской среде до отмены крепостного права, а попала в русский обиход вместе с носителем-иностранцем или через канцелярскую запись.

Самая вероятная версия — французское или валлонское происхождение. Слово tonne во французском языке означает «бочка», «тонна» (как мера веса). Прозвище Tonnelier — «бондарь», «бочар» — было весьма распространено во Франции, как и фамилия Tonnelier. Фамилия Тонне могла возникнуть как усечённый вариант этой профессиональной фамилии или как прямая транслитерация французской фамилии Tonnet, которая, в свою очередь, могла быть уменьшительной формой от того же корня. В XVIII–XIX веках, особенно после Отечественной войны 1812 года, в России оседали французские военнопленные, гувернёры, ремесленники, и их фамилии нередко записывали на слух, без перевода.

Менее распространённая, но возможная версия — немецкая. В немецком языке die Tonne — тоже «бочка», а также «тонна». Фамилия Tonne встречается в северных землях Германии и в среде балтийских немцев, которые веками служили в Российской империи. Если предок носителя был обрусевшим немцем, фамилия могла сохранить оригинальное написание именно из-за того, что её обладатели принадлежали к образованному слою и сами диктовали, как её писать.

В любом случае, этимологически фамилия Тонне восходит к одному корню — названию большой ёмкости для хранения жидкостей и сыпучих грузов. Предок-родоначальник почти наверняка был не крестьянином и не дворянином, а городским ремесленником, торговцем или военным специалистом на русской службе. Географически фамилия встречается единично, в основном в крупных городах, где селились иностранцы, — в Санкт-Петербурге, Москве, Одессе, а также в Прибалтике.