Фамилия Валентинов — одна из тех русских фамилий, что образованы прямо от полной формы крестильного имени, без уменьшительных или просторечных суффиксов. Основа здесь — мужское имя Валентин, которое пришло на Русь вместе с христианством из латинского языка. В переводе с латыни Valentis означает «сильный, крепкий, здоровый» — характеристика, которая в древности давалась ребёнку как пожелание телесной и духовной мощи.

По словообразовательной модели фамилия относится к самому массовому типу: суффикс -ов указывает на принадлежность. Валентинов буквально значит «сын Валентина» или «из рода Валентина». Такие фамилии в XV–XVII веках закреплялись сначала за боярами и дворянами, а после отмены крепостного права в 1861 году массово распространились среди всех сословий. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), форма Валентинов чётко указывает на мужское имя, оканчивающееся на твёрдый согласный.

Церковное имя Валентин почитается в православии в лике мучеников. Известен, например, святой Валент (в некоторых источниках — Валентин), диакон Елийской церкви. Согласно житию, он был человеком преклонного возраста, превосходно знал Священное Писание и принял мученическую смерть за веру. Именно это имя и стало основой фамилии, причём не через уменьшительную форму (вроде Валя, Валюха), а в полном, книжном варианте — что встречается реже, чем фамилии от производных имён.

Интересная деталь: фамилия Валентинов почти не имеет региональной привязки. Она рассеяна по всей территории России, но нигде не образует плотных гнёзд. Это говорит о том, что предки носителей фамилии были, скорее всего, выходцами из духовного или грамотного сословия — именно там полные имена давали детям чаще, чем в крестьянской среде. Впрочем, не исключено, что фамилия могла возникнуть и в семинарской среде, где будущим священникам нередко давали «говорящие» фамилии по имени святого покровителя.