Фамилия Городенцев — классический пример «географической» фамилии, образованной по модели, типичной для центральной России. В её основе лежит прозвище Городенец, которое могло принадлежать выходцу из одного из многих сёл или деревень с названием Городня, Городцы, Городец или Городенец. В старину «городом» называли не только крепость, но и любое огороженное поселение, а глагол «городить» означал ставить изгородь или укрепление. Поэтому Городенцем могли прозвать как жителя конкретного населённого пункта, так и человека, занимавшегося строительством оград и частоколов.

Суффикс -ец в основе прозвища указывает на принадлежность к местности: так же, как Тверец — житель Твери, а Ростовец — выходец из Ростова. Фамильный суффикс -ев присоединился к основе Городенец по правилам русской морфологии: в косвенных падежах и при образовании притяжательных форм «Городенцев» значит «сын Городенца». Эта модель — одна из самых распространённых в русском ономастиконе, и Б. Унбегаун в своём словаре относит такие фамилии к группе «полуотчеств».

В отличие от фамилий Городецкий или Городничий, которые указывают на административную должность или более крупный топоним, Городенцев имеет более «деревенское» звучание. Носители фамилии исторически концентрировались в северо-восточных губерниях — Вологодской, Костромской, Вятской, где было много селений с корнем «город» в названии. Встречается и вариант написания Городенцов — с окончанием -ов, но он менее характерен для литературной нормы.

Спорных версий происхождения у этой фамилии немного. Гипотеза о связи с глаголом «городить» (в значении «нести вздор») маловероятна: такие прозвища образовывались бы через суффикс -ун или -ла (Городила), а не через -енец. Поэтому основная и наиболее правдоподобная версия — топонимическая, связывающая фамилию с конкретным местом жительства предка.