Фамилия Зимнюхова — редкий пример фамилии, в основе которой лежит не имя, не профессия, а погодное или календарное прозвище. Её ядро — корень «зим-», напрямую связанный с зимой. Но ключевая особенность — суффикс «-юх-», который в русских фамилиях встречается нечасто и обычно указывает на прозвищное, даже несколько сниженное или шутливое происхождение.

Скорее всего, предок носителя этой фамилии получил прозвище Зимнюх. В русских говорах «зимнюха» или «зимнюх» могли называть человека, родившегося зимой, либо того, кто был особенно чувствителен к холоду, зябнул. Реже прозвище давали человеку, который зимой выполнял какую-то особую работу (например, возил дрова или сторожил зимовье). Суффикс «-юх-» придаёт слову оттенок простонародности: сравните «зима» — «зимнюха», как «старый» — «старюха» или «толстый» — «толстюха». Это не книжное, а живое, деревенское образование.

Фамилия образовалась по патронимической модели: сын Зимнюха становился Зимнюховым. Женская форма Зимнюхова — естественное окончание для носительницы фамилии. В документах фамилия могла фиксироваться с вариациями: Зимнюхов, Зимнюхова, а также, возможно, Зимнюхин (с другим суффиксом принадлежности). По данным региональных архивов, фамилия Зимнюховы встречается преимущественно в центральных и северных областях России — там, где зима длится долго и играет большую роль в быту. В южных регионах она почти не встречается, что косвенно подтверждает её «северное» происхождение.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия Зимнюхова стоит в ряду таких же редких «погодных» фамилий, как Морозов, Студеникин, Вьюгин. Но если Морозов — от имени или прозвища Мороз (распространённое), то Зимнюхов — от более конкретного, локального прозвища, которое не стало массовым. Это делает фамилию ценной для генеалогии: по ней можно сузить район поиска предков и понять, что прозвище было дано не «по общему признаку», а по личной особенности.