Фамилия Жирновая — редкий случай, когда женская форма фамилии закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ая чаще всего принадлежали женщинам (жена Жирнова — Жирновая), но если эта форма стала наследственной, значит, предок по мужской линии носил фамилию Жирновой, а его потомки, по каким-то причинам, зафиксировали вариант с окончанием -ая. Такое иногда встречается в южнорусских и украинских говорах, где фамилии на -ая могли давать целой семье.

Основа фамилии — прозвище Жирной или Жирный. В старину «жирным» называли не только полного человека, но и зажиточного, богатого, «жирующего» — то есть живущего в достатке, не знающего нужды. В некоторых диалектах слово «жир» означало «пастбище» или «корм», так что прозвище могло относиться к владельцу тучных лугов или скота. Не исключён и ироничный вариант: так могли прозвать ленивого или изнеженного человека, который «жирует» без дела.

Модель образования проста: от прилагательного Жирной (полная форма) через суффикс -ов- (Жирнов) к притяжательному значению «из семьи Жирнова». Финальное -ая — это адъективное окончание, типичное для русских фамилий, но в мужском роде обычно пишется Жирнов. Поэтому Жирновая — это не ошибка, а локальная особенность: в документах XIX века у крестьян и мещан нередко путали родовые окончания, и женская форма могла стать фамилией для всех членов семьи.

Географически фамилия Жирновая встречается редко, в основном в центральных и южных областях России — там, где бытовали фамилии на -ая (Курская, Воронежская, Ростовская области). В отличие от распространённого Жирнова, этот вариант указывает на конкретную ветвь рода, возможно, связанную с однодворцами или казачеством, где женские формы фамилий дольше сохранялись в быту.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Жирнов, Жирняков, Жиров), то Жирновая выделяется именно суффиксальной конструкцией: она не от имени Жир (как Жиров), а от прозвища в полной форме. Это говорит о том, что предок был известен не по имени, а по устойчивой характеристике — «Жирной», то есть человек с яркой внешней или социальной приметой.