Фамилия Гусенцова — женская форма от Гусенцов, и её разговорная, почти простонародная огласовка сразу выдаёт способ образования. В основе лежит имя или прозвище Гусенец. Это уменьшительная форма от Гус, а Гус в старину было нецерковным личным именем, которое давали по названию птицы. В древнерусской антропонимии такие «птичьи» имена — Гусь, Лебедь, Сокол — были обычны и не несли обидного смысла, а служили пожеланием качеств (зоркости, силы, плодовитости) или просто оберегом.

Суффикс -ец в прозвище Гусенец указывает на уменьшительность или принадлежность: буквально «маленький Гусь» или «сын Гуся». Фамилии на -ов/-ев образовывались от таких основ по стандартной притяжательной модели: Гусенец → Гусенцов — «чей?» — «сын Гусенца». Суффикс -ц- в основе фамилии встречается реже, чем -ов/-ев, и придаёт ей оттенок разговорной, народной речи, что характерно для фамилий, сложившихся в крестьянской или мещанской среде.

Географически фамилия Гусенцова редкая. Её ареал, по данным современных телефонных справочников и баз ЗАГС, тяготеет к югу России — Ростовская область, Краснодарский край, Ставрополье. Это косвенно подтверждает, что прозвище Гусенец могло быть связано не только с птицей, но и с диалектным значением: в южнорусских говорах «гусенец» иногда называли мелкого, худощавого человека — в параллель с «гусёнком», птенцом. В любом случае, исходное прозвище было бытовым, не книжным.

В написании фамилии возможна путаница с однокоренной Гусенцева, где суффикс -ев, а не -ов, но версия с -ов исторически первична: она образуется от имени на твёрдый согласный (Гусенец). Фамилия не имеет отношения к слову «гусеница» — это случайное звуковое совпадение, возникшее в XX веке, когда «гусеница» как деталь трактора стала общеупотребительной. В документах XVII–XIX веков следов фамилии почти нет — она не попала в боярские списки и ревизские сказки центральных губерний, что подтверждает её позднее и локальное происхождение.