Фамилия Валюнова — женская форма, а её мужской вариант — Валюнов. В основе лежит имя или прозвище Валюн, а тот, скорее всего, — производная форма от одного из крестильных имён с корнем «Валент-» (от лат. valens — «сильный, здоровый»). В народной речи имена Валентин и Валент часто сокращали до просторечных Валя, Валюха, Валюн. Суффикс -ун в прозвищах обычно указывал на носителя яркого признака или действия: «тот, кто делает что-то сильно или постоянно». Валюном могли прозвать человека крепкого, здорового, а может быть, и того, кто отличался вальяжностью или медлительностью.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе на твёрдый согласный прибавили суффикс -ов (Валюн → Валюнов). После революции, когда фамилии стали обязательными для всех, этот патроним закрепился за потомками человека по прозвищу Валюн. Географически фамилия встречается в центральных областях России и Поволжье, но редкая — в списках частых фамилий её нет.

Менее правдоподобная, но возможная версия — связь с диалектным словом «валюн» (валун, большой камень). В этом случае прозвище мог получить человек с крепким, «каменным» здоровьем или тяжёлым, неповоротливым характером. Однако в ономастике считается, что прозвища от нарицательных слов, не связанных с именем, встречаются реже, чем сокращённые формы крестильных имён. Поэтому версия с Валентином или Валентом — основная.