Фамилия Тяжелова — женская форма фамилии Тяжелов, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или нецерковным именем Тяжелый. В основе лежит прилагательное «тяжёлый», которое в древнерусском языке имело не только прямое значение «имеющий большой вес», но и переносные: «суровый», «трудный», «могучий», «медлительный». Прозвище Тяжелый могли дать человеку крепкого телосложения, обладающему физической силой, либо, наоборот, тому, кто был неуклюж или тугодум. Реже, по аналогии с «тяжёлой рукой» (меткой, сильной), так могли называть мастера, чей удар или работа отличались особой основательностью.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Тяжел- добавился патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность к роду. Первоначально Тяжелов означало «сын Тяжелого», а со временем закрепилось как наследственная фамилия. Фамилия не относится к числу очень распространённых, но встречается в разных регионах России, особенно в центральных и поволжских областях, где бытовали прозвища, образованные от качественных прилагательных.

Существует и менее вероятная, но допустимая версия, что фамилия могла возникнуть от прозвища, данного человеку, связанному с тяжёлой работой — например, грузчику или кузнецу. Однако в ономастике более убедительным считается происхождение непосредственно от личной характеристики, а не от рода занятий, так как профессиональные прозвища чаще образовывались по названию ремесла (Кузнецов, Плотников), а не по его признаку. В любом случае, фамилия Тяжелова — яркий пример того, как внешняя или внутренняя черта человека становилась его родовым именем.