Фамилия Затонов в своей основе имеет прозвище Затон, а то, в свою очередь, — нарицательное «затон». Так называют часть акватории реки, защищенную от течения и ледохода. Затоны бывают естественными — например, превратившееся в залив русло старицы или участок, отгороженный речным островом, — и искусственными, отгороженными дамбами. В таких местах часто устраивают зимний отстой речных судов и размещают судоремонтные мастерские.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: суффикс -ов указывает на принадлежность («чей?»), то есть Затонов буквально означает «сын Затона» или «потомок Затона». Такая патронимическая модель — самая распространённая в русских фамилиях, но основа в данном случае не имя, а прозвище по месту жительства или роду занятий.

Вероятнее всего, основатель рода жил недалеко от затона — отсюда и прозвище. Однако есть и вторая версия: слово «затон» нередко встречается в русской топонимии. На территории России существует около десятка сёл и деревень с названием Затон. В этом случае прозвище могло закрепиться за человеком, который был уроженцем одного из таких населённых пунктов. Оба объяснения правдоподобны, и нередко они пересекаются: житель села Затон, скорее всего, жил и у реального затона.

Фамилия Затонов — не самая частотная, но и не редкая. Она встречается в Поволжье, на Урале и в Сибири — в регионах с развитым речным судоходством, где затоны были привычной частью ландшафта. Это косвенно подтверждает первую версию: предки Затоновых могли быть связаны с речным транспортом или рыболовством. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) подобные модели разбираются на примере других «речных» фамилий — Затонов стоит в том же ряду, что и Запрудин, Заберегов, Заозёров.