Фамилия Зимонина образована от нецерковного имени или прозвища Зимоня. В основе — слово «зима». Так могли назвать ребёнка, родившегося в холодное время года. В народной традиции такие имена служили одновременно и оберегом: считалось, что имя, связанное с чем-то суровым, отпугнёт злые силы. Поэтому Зимоня — не просто «зимний», а имя с двойным смыслом: и хвалебное (родился в особое время), и охранительное.

Имя Зима и его производные (Зимоня, Зимка) встречаются в исторических документах. Например, в 1651 году упоминается крестьянин Михаил Зима, в 1665-м — московский стрелецкий голова Зима Волков, в 1684-м — донской казак Вотаг по прозвищу Зима. Есть и княжеское прозвище: Зимница — так в конце XV века называли князя Дмитрия Васильевича Шастунова. Эти записи показывают, что основа фамилии бытовала в разных сословиях — от крестьян до знати.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Зимонина — буквально «дочь (или жена) Зимони». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а или -я.

Существует и другая версия происхождения фамилии: от немецкого имени Зимон, которое восходит к древнееврейскому «шимон» («внимающий», «слушающий»). Однако эта гипотеза менее убедительна. Фамилия Зимонина имеет явную славянскую основу, и связь со словом «зима» прослеживается и в семантике, и в исторических записях. Немецкое влияние маловероятно для фамилии, распространённой в русской среде.

Фамилия нечастая. Встречается преимущественно в центральных и северных регионах России, что косвенно подтверждает её связь с зимним временем года.