Фамилия Воротынов напрямую связана с древним русским городом Воротынск (ныне село в Калужской области). Поселение стоит на речке Выссе, в четырёх километрах от впадения её в Оку, и насчитывает более восьми веков истории. Именно здесь в XV–XVI веках находился центр Воротынского княжества — одного из так называемых Верховских княжеств, вотчины знатного рода князей Воротынских. С этой землёй связано ключевое событие русской истории — Стояние на Угре 1480 года, положившее конец ордынскому игу.

Фамилия Воротынов образована по типичной для русских фамилий модели: к основе «Воротын» добавили суффикс принадлежности -ов. Этот суффикс, по словарю Б. Унбегауна, указывает на «сына человека, названного по месту» или на «принадлежащего к роду Воротыных». Сначала возникло прозвище Воротын — так могли назвать выходца из Воротынска, человека, который перебрался на новое место, но сохранил память о малой родине. Позже это прозвище закрепилось за его потомками как фамилия.

Интересно, что Воротынов — фамилия недворянская, в отличие от княжеской Воротынский. Суффикс -ов вместо -ский как раз и указывает на простое происхождение: предок носителя фамилии был, скорее всего, посадским человеком, крестьянином или служилым «по прибору», а не потомком удельных князей. В писцовых книгах XVI–XVII веков такие люди нередко записывались просто по месту выхода: «воротынец», то есть житель Воротынска, а уже в следующем поколении их дети становились Воротыновыми.

Спорных версий происхождения у этой фамилии немного. Некоторые исследователи допускают связь с диалектным словом «ворот» в значении «поворот реки» или «излучина», но для фамилии Воротынов это маловероятно: географическая привязка к Воротынску очевидна и подтверждается историческими документами. Таким образом, фамилия Воротынов — классический случай, когда топоним стал прозвищем, а прозвище — наследственной фамилией.