Фамилия Коленова — женская форма, но в разговоре о происхождении удобнее опираться на мужской вариант, Коленов. Он образован по самой распространённой в русском языке модели: от основы с помощью суффикса -ов, который указывает на принадлежность («чей?» — Коленов). Значит, в основе лежит личное имя или прозвище Колен.

Самое прямое объяснение — связь со словом «колено». Вряд ли предка назвали так за анатомическую особенность, хотя полностью исключать прозвище по внешности нельзя. Гораздо вероятнее, что Коленом называли внебрачного ребёнка — «незаконнорождённого, прижитого на стороне». В крестьянском и мещанском быту это было ходовое, хоть и неласковое, прозвище. У Даля зафиксировано: «коленка» — побочный ребёнок. Если человеку давали такое прозвище, его дети становились Коленовыми.

Есть и вторая, более прозаичная версия: отчество от нецерковного имени Колено. В старину имя могло быть связано с ремеслом — например, колено в значении «изгиб, часть трубы» или «сустав», но для прозвища плотника или гончара это слишком абстрактно. Куда логичнее, что Коленом звали человека, который часто поминал колено в речи — скажем, в поговорках или божбе.

Изредка фамилию могли получить выходцы из села с названием Коленово (такие встречаются, например, в бывшей Воронежской губернии). Тогда это уже не прозвище, а топонимическая фамилия.

В любом случае, Коленовы — не дворянский род, а фамилия крестьянская или мещанская. Суффикс -ов указывает на центральные и северные области России, где такие отчества были нормой. В южных и восточных регионах чаще встречался бы вариант Коленко или Колененко. Фамилия редкая, в словарях массовых фамилий не значится, что говорит о её локальном бытовании.