Фамилия Логвенова — женская форма фамилии Логвенов, и её разбор стоит начать с мужского варианта, так как именно он хранит ключ к происхождению. В основе фамилии лежит имя или прозвище Логвен. Скорее всего, это народная, обиходная форма канонического имени Логгин (в крещении — Лонгин). Имя Лонгин (от латинского longus — «длинный») в русской традиции часто упрощалось до Логин, а далее — до Логвен, как уменьшительное или диалектное произношение. Подобные переходы (Логин → Логвен) встречаются в северных и сибирских говорах, где «и» могло заменяться на «е» или редуцироваться.

Вторая, менее распространённая версия, связывает фамилию с географическим названием. В Беларуси и в западных областях России есть топонимы вроде Логвиново или Логвенки. В этом случае прозвище Логвен мог получить выходец из такой деревни. Однако эта гипотеза слабее: фамилии от названий селений обычно оформляются суффиксами -ский/-цкий, а не -ов/-ев, поэтому версия с личным именем выглядит предпочтительнее.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: Логвенов — буквально «сын Логвена». Такие фамилии в XVI–XVII веках закреплялись за крестьянами и посадскими людьми, а в дворянской среде встречались реже. Носитель фамилии Логвенов мог быть потомком человека по имени Логвен, вероятно, крестьянина или ремесленника из центральных или северных губерний России.

В написании фамилии есть особенность: ударение обычно падает на первый слог — Ло́гвенова, что тоже свойственно севернорусским говорам. В южных и украинских вариантах ударение могло бы сместиться на второй слог, но этого не произошло, что косвенно подтверждает северное или сибирское происхождение фамилии.