Фамилия Трестьянов образована от прозвища или имени Трестьян, а тот, скорее всего, восходит к слову «тресть» — тростник, камыш или трость. В русских говорах «трестьяном» могли называть человека высокого и худого, похожего на тростинку, либо того, кто жил у зарослей тростника или торговал тростниковыми изделиями. Менее вероятна, но возможна связь с диалектным «тресть» в значении «дрожь, трепет» — тогда прозвище могло относиться к человеку боязливому или суетливому.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ов указывает на принадлежность, то есть Трестьянов — «сын Трестьяна». Сама основа с суффиксом -ян- встречается реже, чем простые -а- или -я-, что придает фамилии некоторую диалектную или простонародную окраску. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с фамилией Трестьянов, особенно в северных и центральных губерниях России — в Вологодской, Костромской, Ярославской. Это указывает на то, что фамилия возникла в среде свободных земледельцев или ремесленников, а не в дворянской среде.

Однокоренные фамилии — Трестьян, Трестьянин, Тростянов — встречаются реже, но все они связаны с тем же корнем. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования упоминаются как типичные для прозвищ по внешности или месту жительства. Спорных версий немного: иногда Трестьянова ошибочно выводят из греческого имени Трифон, но это натяжка — фонетически они далеки, а слово «тресть» в русском языке хорошо засвидетельствовано.

Носители фамилии сегодня рассеяны по всей России, но наибольшая концентрация сохраняется в бывших вотчинных землях Русского Севера. Встречается также вариант Трестьянов с ударением на последний слог, но в большинстве говоров ударение падает на второй — Трестья́нов.