Фамилия Тополова образована от мирского имени Тополь. В старину на Руси имя, данное при крещении, часто дополняли нецерковным прозвищем — так было проще выделить человека среди тёзок. Имена по названиям растений встречались нередко: Тополь, Дуб, Берёза, Калина. Тополем могли назвать за высокий рост, стройность, светлые волосы или, напротив, в шутку — за неуклюжесть, ведь тополь хоть и статен, но ветки у него ломкие.

Фамилия Тополова построена по самой массовой модели русских фамилий: к основе Топол- добавили суффикс -ов- и окончание -а. Такую форму получали женщины, а мужской вариант — Тополов. В документах XVII–XIX веков фамилию закрепляли за потомками того самого человека, которого звали Тополем: сын Тополя становился Тополовым, его дочь — Тополовой. Со временем форма застыла и перестала меняться в зависимости от пола, но в современных справочниках женский вариант традиционно приводят как Тополова.

Слово «тополь» пришло в русский язык из латыни через посредство других европейских языков, но в народной среде оно прижилось задолго до того, как фамилии стали обязательными. Поэтому нельзя исключать, что в основе лежит не столько само дерево, сколько прозвище, данное по внешнему сходству. В южнорусских говорах тополем иногда называли высокого, худощавого человека с прямой осанкой.

Интересно, что фамилия Тополова встречается реже, чем фамилии от других «растительных» имён — Берёзов или Калинин. Возможно, причина в том, что тополь не был такой же привычной частью крестьянского быта, как берёза или рябина. Чаще всего носители фамилии встречаются в Поволжье и на юге России, где тополя растут повсеместно и всегда были заметны в ландшафте.

Ономасты относят фамилию к группе «растительных» фамилий, которые активно возникали в XVI–XVII веках, когда мирские имена ещё не превратились окончательно в фамилии. В словаре Б. Унбегауна такие фамилии описаны как типичные для русского именослова, хотя конкретно Тополова там не выделена — это рядовая, но оттого не менее показательная фамилия своего времени.