Фамилия Арензонов — редкий пример фамилии, образованной от географического названия с помощью сложного суффиксального оформления. В её основе лежит немецкая фамилия или топоним Арензон (Arenson), который, в свою очередь, восходит к названию города Аренс (Ahrens) или к личному имени Арендт (вариант Арнольд). Суффикс -ов в русском языке выполняет роль притяжательного падежа: Арензонов буквально означает «сын (или потомок) Арензона». Такая модель характерна для фамилий, которые складывались в среде немецких колонистов, переселившихся в Россию в XVIII–XIX веках.

Наиболее вероятная среда бытования фамилии — Поволжье, юг Украины или Причерноморье, где существовали крупные немецкие колонии. Немецкие фамилии на -зон (Зон, Зонен) часто указывали на «сына» (Sohn), то есть Арензон — «сын Арендта». Когда такие семьи русифицировались, к уже готовой фамилии добавляли русский патронимический суффикс -ов, создавая двойную «сыновью» конструкцию: немецкое «сын» плюс русское «сын». Это не ошибка, а типичный для XIX века способ адаптации иноязычных фамилий в официальных документах.

В отличие от большинства русских фамилий, которые образованы от прозвищ или имён сразу с суффиксом -ов, фамилия Арензонов показывает два этапа словообразования. Сначала в немецкой среде появилась фамилия Арензон, а затем, при записи в метрические книги или ревизские сказки, к ней добавили русское окончание. Поэтому предки носителя фамилии с высокой вероятностью были немецкими колонистами, возможно, ремесленниками, земледельцами или пасторами, а их исходная фамилия звучала как Арензон и лишь позже обросла русским суффиксом.

Фамилия очень редкая и не встречается в массовых списках дворянских или купеческих родов. Её носители — скорее потомки тех переселенцев, которые сохранили память о немецком корне, но полностью перешли на русский язык и быт. В современной России фамилия Арензонов почти не распространена; единичные случаи фиксируются в архивах Западной Сибири и Урала, куда в XX веке ссылали немцев Поволжья.