Фамилия Ватрогова — редкая и не сразу прозрачная по смыслу. Её основа почти наверняка связана со словом «ватра» — так в юго-западных русских говорах (а также в украинском, польском и словацком языках) называют огонь, очаг, костёр. В русских диалектах слово «ватра» фиксируется в значении «горячие угли, жар» или «большой огонь»; есть и слово «ватрак» — так в некоторых областях называли кочергу или головешку. Таким образом, Ватрогова — это фамилия, образованная от прозвища, данного человеку по занятию или внешней черте. Прозвище Ватрог (или Ватрак) мог получить тот, кто работал у очага: кузнец, печник, угольщик, либо человек с «горячим», вспыльчивым нравом — по аналогии с огнём.

Словообразовательная модель здесь нестандартная. Суффикс -ов- в фамилии Ватрогова указывает на принадлежность: «чей?» — Ватрогов, то есть сын или потомок Ватрога. Но сама основа не укладывается в привычные русские прозвищные типы: «Ватрог» — не отглагольное образование (как, скажем, Жаров или Палий), а скорее сложное слово, где второй корень -ог- может восходить к древнерусскому «огнь» (огонь) в усечённой форме. Тогда «Ватрог» буквально означает «огненная ватра», то есть «огонь-огонь» — усилительное прозвище. Впрочем, возможен и более прозаичный вариант: диалектное слово «ватрога» означало «головня, обгоревшее полено»; тогда прозвище Ватрога — человек, похожий на головешку (например, черноволосый или чумазый).

Географически фамилия тяготеет к регионам, где бытует слово «ватра»: это юг России (Курская, Белгородская, Воронежская области), а также Украина и Белоруссия. В дореволюционных переписях фамилия почти не встречается — она очень редкая и, скорее всего, локальная. В современной России носители фамилии Ватрогова рассеяны, но небольшие группы отмечены в центральных областях и на Урале, что может быть результатом миграций XIX—XX веков.

Сословная принадлежность предков точно не восстанавливается, но характер прозвища указывает на крестьянскую или ремесленную среду: кузнецы, печники, углежоги. Фамилия не дворянская и не купеческая — она из тех, что сложились в среде, где человека называли по делу или по заметной примете, а не по месту или отцу. Если искать аналоги, то ближайшие однокоренные фамилии — Ватраков, Ватрасов, Ватрусов (последняя, вопреки кажущейся связи с ватрушкой, тоже восходит к «ватра»).