Фамилия Удонов — редкий случай, когда основа почти наверняка не тюркская и не церковнославянская, а исконно русская диалектная. Вопреки возможной догадке, она не образована от слова «удон» — такого слова в литературном языке нет. Её корень — глагол «удонить» или существительное «удон», которые бытовали в северных и сибирских говорах.

В архангельских и вологодских диалектах «удонить» означало «ударить, сильно стукнуть», а «удон» — сам удар или увесистый предмет, которым бьют. Прозвище Удон могли дать человеку крепкого, сильного, склонного к резким действиям — или, наоборот, тому, кто работал с тяжелым инструментом (кузнецу, плотнику). Суффикс -ов указывает на типичную модель русской фамилии: «чей сын?» — Удонов, то есть потомок Удона.

Другая, менее вероятная версия связывает фамилию с диалектным словом «удон» в значении «болотистое место, топь». В этом случае прозвище дали бы человеку, жившему у такого места, или переселенцу из местности с названием Удоны (такие деревни есть, например, в бывшей Вятской губернии). Однако глагольная основа встречается в памятниках XVII века чаще, чем топонимическая.

Фамилия недвусмысленно крестьянская по происхождению. У дворян Удоновых нет, в родословных книгах она не фиксируется. В XIX веке носители сосредоточены на Русском Севере и в Сибири — в Вологодской, Архангельской, а позже в Томской губерниях. Это география, где «удонить» было обычным словом.

Орфографических вариантов почти нет. В редких метрических книгах встречается написание Удоннов (с двумя «н»), но это описка писаря, а не особая ветвь фамилии. Ударение всегда на втором слоге: Удо́нов.