Фамилия Коленцов образована по русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: «чей?» — Коленцов, то есть сын или потомок Коленца. Основа — прозвище Коленцо, и здесь возможны несколько версий его происхождения, разной степени убедительности.

Самая прямая версия связывает прозвище со словом «коленце». В бытовой речи у этого слова два значения: анатомическое (сгиб ноги) и переносное — повторяющаяся часть песни или затейливый танцевальный элемент. Отсюда прозвище мог получить человек, который мастерски «выделывал коленца»: лихой плясун, песенник или балагур. Такое объяснение кажется наиболее естественным, поскольку прозвища по умениям и манере поведения в русской среде были распространены.

Менее очевидная версия отсылает к забытому слову «коланец» — так в старину называли осколок, черепок или отбитый кусок. В переносном смысле прозвище Коленцо могли дать одинокому, отчуждённому человеку, сироте или тому, кто «оторван» от семьи и общества. Со временем, когда слово «коланец» вышло из употребления, буква «а» в прозвище могла замениться на «е» под влиянием более привычного «коленца». Эта гипотеза менее правдоподобна, но ономастика знает случаи переосмысления непонятной основы.

Наконец, существует версия о топонимическом происхождении. В Сланцевском районе Ленинградской области есть деревня Коленец. Выходец из этой деревни мог получить прозвище Коленцо, которое затем закрепилось как фамилия. Это объяснение вполне реалистично, хотя и не отменяет двух предыдущих: прозвище могло возникнуть и независимо от названия деревни.