Фамилия Воротынова — женская форма от Воротынов, и её основа почти наверняка связана с географическим названием. В русской ономастике фамилии на -ов/-ев чаще всего образовывались от топонимов или прозвищ, и здесь корень «Воротын» указывает на древний город Воротынск (ныне село в Калужской области). Воротынск впервые упоминается в летописях XII века и был удельным центром, владельцы которого носили княжескую фамилию Воротынские. Однако фамилия Воротынов (и Воротынова) — не княжеская, а более поздняя, народная: её мог получить человек, который пришёл из Воротынска или жил на землях, принадлежавших этому городу.

Менее вероятная, но возможная версия — от прозвища Воротын, связанного с глаголом «воротить» (поворачивать, отворачивать). Так могли назвать упрямого или своенравного человека, либо того, кто жил у поворота дороги. Но в этом случае фамилия встречалась бы чаще в форме Воротынов, а не в связке с топонимом. Сравнение с однокоренными фамилиями — Воротынцев, Воротынский — показывает, что все они тяготеют к центральным регионам России, особенно к Калужской, Тульской и Московской областям, где исторически располагалось Воротынское княжество.

Суффикс -ов в мужской форме указывает на принадлежность: «чей?» — Воротынов, то есть сын или потомок Воротына. Таким образом, предок носительницы фамилии был либо выходцем из Воротынска, либо получил прозвище по своему характеру или месту жительства. В документах XVII–XVIII веков фамилия могла писаться через «а» — Варатынов, что отражает акающее произношение, но со временем закрепилась форма с «о».

По сословной принадлежности Воротыновы чаще всего были крестьянами или однодворцами — не дворянами, а свободными земледельцами, жившими на южных окраинах Московского государства. Воротынова — не редкая, но и не массовая фамилия, её носители встречаются в основном в Центральной России и Поволжье.