Фамилия Вострионов — редкий случай, где прозвищный корень и суффикс модели «-ов» накладываются на церковное имя, но не напрямую. Основа «Вострион-» явно связана с прилагательным «вострый» (острый, проницательный, бойкий). В русских говорах «вострый» означало не только заточенный предмет, но и сметливого, хитрого человека, а иногда — насмешника или задиру. Однако фамилия образована не напрямую от «Вострого» (такие случаи есть — Востров, Востриков), а от прозвища Вострион. Форма с суффиксом «-ион» нехарактерна для русской обиходной речи; скорее всего, это народное переосмысление канонического имени Иустин (лат. Justinus — «справедливый»). В просторечии Иустин превращался в Устин, Устим, а в некоторых диалектах — в Востриона, по созвучию с «вострый»: имя переосмыслили как «острый, бойкий человек».

Суффикс «-ов» указывает на типичную патронимическую модель: Вострионов — буквально «сын Востриона». Фамилия закрепилась на севере и в центральных губерниях России, где диалектное «вострый» было особенно употребительно. Встречаются варианты написания с одной «о» — Вострионов или Вострионов, но исходная форма с двойным «о» (Вострионов) точнее передаёт связь с прозвищем.

Социальный контекст: фамилия недворянская, скорее крестьянская или мещанская. Носители Вострионовы могли быть потомками людей, получивших прозвище за острый язык или сметливость, либо носивших переиначенное церковное имя. В переписях XVII–XVIII веков такие фамилии встречаются у черносошных крестьян и посадских людей. Географически фамилия тяготеет к Вологодской, Костромской и Архангельской губерниям — регионам, где сохранялось «оканье» и диалектная лексика.

В отличие от более частых Вострова или Вострикова, Вострионов — фамилия с прозрачной, но небанальной этимологией: она показывает, как народная этимология перекроила книжное имя в яркое прозвище.