Фамилия Железных — яркий пример северорусской модели образования фамилий с помощью суффикса -ых. В центральных и южных регионах России закрепилась форма Железнов (чей? — сын Железного), а на Русском Севере, в Сибири и в некоторых областях Поволжья предпочитали отвечать на вопрос «чьи вы?» формой родительного падежа множественного числа: Железных. Это означало «из семьи Железных», «дети и домочадцы человека по прозвищу Железный».

Основа фамилии — прозвище Железный. В русских говорах слово «железо» имело не только прямое значение металла, но и переносные. Железным могли прозвать человека с твёрдым, несгибаемым характером, упрямого, крепкого здоровьем. Реже прозвище давали кузнецу или торговцу железными изделиями — в этом случае оно указывало на род занятий. Встречается и ещё одна версия: в некоторых диалектах «железным» называли скупого, прижимистого человека (как бы «твёрдого» на отдачу денег). Какая из трактовок верна для конкретной семьи — без истории рода не установить, но ономасты (в частности, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») склоняются к тому, что прозвище чаще отражало личное качество, а не профессию.

Фамилия Железных относится к числу сравнительно редких в центральной России, но заметно чаще встречается в Курской, Липецкой областях и в Сибири — в местах, куда переселенцы с Севера принесли свою модель фамилеобразования. При этом в документах XVII–XVIII веков можно встретить двоякое написание одной и той же семьи: скажем, крестьянин записан как «Ивашка Железнов», а его сыновья в той же переписи проходят как «Железных» — переписчики на местах не всегда строго соблюдали единообразие.

Однокоренные фамилии — Железнов, Железняк, Железкин — образованы от того же прозвища, но по другим словообразовательным моделям. Железных стоит в этом ряду особняком: она сразу сообщает не об одном человеке, а о целой семейной группе, и в этом её главное историко-бытовое своеобразие.