Фамилия Коленчикова образована от прозвища или мирского имени Коленчик. Основа фамилии — слово «колено», но его значение в прозвище могло быть разным. Самая прямая версия: Коленчиком называли человека с заметной особенностью ног, например, с кривыми или, наоборот, очень сильными коленями. Такие прозвища по частям тела давали без обидного оттенка — просто для узнавания.

Менее очевидная, но правдоподобная версия отсылает к ремеслу. Коленчиком могли прозвать того, кто делал коленчатые валы или колена для труб — детали, которые в народе называли «коленцами». Это связывает фамилию с кузнечным или слесарным делом.

Ещё одна возможная основа — слово «колено» в значении «род, поколение». В этом случае Коленчик — человек, который хорошо знал свою родословную или, наоборот, был «отрезанным ломтем», отбившимся от рода. Но эта версия менее надёжна: прозвища по абстрактным понятиям встречаются реже, чем по внешности или профессии.

Фамилия стоит в женской форме Коленчикова. Мужской вариант — Коленчиков. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования: сначала появилось прозвище Коленчик, затем от него — притяжательное прилагательное «Коленчиков сын», которое со временем закрепилось как фамилия. Такая же модель с суффиксом -ов характерна для большинства русских фамилий, образованных от прозвищ с уменьшительным суффиксом -ик.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России, где слово «колено» в бытовой речи использовалось чаще. Встречается также у украинцев и белорусов, но с другими окончаниями — Коленчико, Коленчик.

Точных сведений о сословной принадлежности первых носителей нет. Но судя по прозвищной основе и отсутствию дворянских гербов, Коленчиковы происходили из крестьян или посадских людей — мастеровых, ремесленников, торговцев. Фамилия не редкая, но и не массовая: она сохранилась в основном в сёлах и малых городах, где прозвища передавались по наследству дольше, чем в столицах.