Фамилия Желнинова — женская форма от Желнинов, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Желня. В основе лежит диалектное слово «желна» — так в ряде русских говоров (особенно северных и уральских) называют чёрного дятла, желну. Птица известна своим резким криком, упорным долблением коры и яркой внешностью. Прозвище Желня могли дать человеку с громким голосом, настырным характером или, напротив, за сходство с дятлом по внешним приметам — например, за чёрные волосы или быстрые движения.

Суффикс -ин- в русских фамилиях указывает на принадлежность: Желнинов буквально означает «сын (или потомок) Желни». Интересно, что в исходном прозвище могла быть и другая огласовка: в некоторых регионах «желна» произносилась как «жолна», отсюда возможны варианты написания Жолнин, Жолнинов, а также Желнин — без наращения -ов-. Фамилия Желнинова, таким образом, закрепилась в форме с двумя суффиксами, что встречается реже, чем простой вариант на -ин.

С географической точки зрения, фамилия Желнинов (и её формы) тяготеет к северо-востоку России. Встречается в Вологодской, Кировской областях, а также в Пермском крае — именно там диалектное «желна» было особенно употребительно. В дореволюционных переписях носители фамилии чаще всего числились государственными крестьянами, хотя не исключено, что прозвище могло закрепиться и в среде охотников или лесорубов.

Спорных версий происхождения у этой фамилии немного. Малоправдоподобно связывать её с рекой Желна (есть такая в бассейне Днепра) — топонимическая версия слаба, так как фамилия встречается далеко за пределами тех мест. Также не стоит путать с фамилией Желтков (от «желток») или Железнов — корень здесь совершенно иной, птичий, что подтверждается живыми говорами.