Фамилия Железнов — один из тех случаев, когда прозвище почти наверняка описывало характер или внешность человека, а не его профессию. В основе лежит прилагательное «железный»: так могли назвать физически крепкого, сильного мужчину с мощным телосложением либо человека с твёрдым, несгибаемым нравом. Возможна и ремесленная версия — от слова «железо», тогда прозвище Железный мог получить кузнец, работавший с этим металлом. Но для фамилий на -ов, образованных от качественных прилагательных, чаще первична характеристика личности, а не рода занятий.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: Железнов — это «сын Железного» или «из рода Железного». Такая модель в XVI–XVII веках стала самой распространённой в центральной России, вытеснив более архаичные формы на -ин и -ский.

В источниках встречаются родственные именования: в новгородских писцовых книгах 1495 года упомянут крестьянин Василий Железо, а в 1568 году в Ярославле — Десятый Борисович Железников. Оба примера показывают, что корень «желез-» использовался как прозвище задолго до закрепления фамилии. При этом форма Железнов закрепилась именно с суффиксом -ов, а не -ин, что отличает её от, скажем, фамилии Железнин.

Самый известный носитель фамилии — Николай Иванович Железнов (1816–1877), русский ботаник и агроном, один из основоположников физиологии растений в России. Его научные труды по эмбриологии растений и агрономии до сих пор цитируются в специальной литературе.

Фамилия Железнов не привязана к одной местности: она встречается и в центральных губерниях, и на Урале, и в Сибири. Это объясняется тем, что прозвище Железный было распространённым и давалось разным людям независимо друг от друга. Поэтому точно установить, из какого именно рода пошла та или иная ветвь Железновых, можно только через архивные разыскания по конкретной семье.