Фамилия Молоденов — один из тех случаев, когда прозвище, данное человеку, закрепилось за его потомками в форме отчества. В основе лежит слово «молодой», но не в современном прямом значении «юный». В древнерусском языке «молодой» означало не только возраст, но и социальный статус: так называли рядовых общинников, младших дружинников, слуг, а также людей, не имевших ещё своего хозяйства или не тянувших полное тягло. Прозвище Молодой (или Молодень) мог получить младший сын в семье, подмастерье или просто человек небольшого роста и щуплого телосложения.

Суффикс -ов указывает на классическую патронимическую модель: Молоденов — это «сын Молодена». Форма Молоден, в свою очередь, образована от прозвища Молодой с помощью уменьшительного или уничижительного суффикса -ен. Такая модель (основа на -ой → притяжательное прилагательное на -ен → фамилия на -ов) встречается реже, чем стандартное Молодцов или Молодкин, и это делает фамилию более редкой. В говорах северных и центральных губерний России слово «молодень» могло звучать как «молодён», отсюда и ударение в фамилии — скорее всего, на последний слог: Молоденов.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и центральным областям. В переписных книгах XVII века встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Молодой, но сама фамилия Молоденов фиксируется позже — в основном в XIX веке в Саратовской, Тамбовской и Нижегородской губерниях. Это указывает на крестьянское или мещанское происхождение: в дворянской среде такая словообразовательная модель почти не встречалась.

В некоторых диалектах «молоден» могло означать не человека, а предмет — например, молодой лес или поросль. Но эта версия менее вероятна: прозвища людей образовывались от названий деревьев крайне редко, и в таком случае мы бы имели фамилию Молоденев (от «молодень» как «молодой дубняк»). Таким образом, основная и самая правдоподобная версия — прозвище по возрасту или социальному положению, ставшее фамилией через форму Молоден.