Фамилия Гренхольм — редкий для России пример чисто шведской топонимической фамилии. Её носители в русскоязычной среде — это, как правило, потомки выходцев из Швеции или Финляндии (где шведский язык был официальным), либо обрусевшие балтийские немцы. Фамилия составная: первая часть «грен» (grön) переводится как «зелёный», вторая «хольм» (holm) — «остров». Буквально — «Зелёный остров». В Швеции и Финляндии такие фамилии часто давали по названию хутора, мызы или небольшого острова, где жила семья. Слово «хольм» в скандинавской топонимике встречается повсеместно — от Стокгольма до сельских приходов.

В отличие от русских фамилий на -ов или -ин, которые образуются от имени или прозвища отца, Гренхольм — фамилия искусственная, «кабинетная». В Швеции в конце XIX — начале XX века прошла массовая смена фамилий: крестьяне и горожане, носившие патронимы вроде Андерссон или Юханссон, брали себе благозвучные двусоставные фамилии, связанные с природой. Гренхольм — типичный представитель этой волны: красиво, легко запоминается, не похожа на соседскую.

В Российской империи носители фамилии встречались в основном среди шведских колонистов на побережье Финского залива и в Прибалтике. Встречается написание Грёнхольм (с умлаутом), но в русских документах умлаут исчез, и фамилия закрепилась как Гренхольм. Никакого отношения к слову «грена» или «гренок» она не имеет — это чистая транслитерация шведского корня.

С точки зрения словообразования это типичная скандинавская компаунд-фамилия (сложение двух основ). Суффиксов, характерных для русских фамилий, у неё нет, что сразу выдает её иноязычное происхождение. В современной России фамилия остаётся редкой, и её носители — потомки тех самых шведских или финских семей, которые когда-то жили на «зелёном острове» и сохранили память о нём в своей фамилии.