Фамилия Новолёнова — один из тех случаев, когда сразу заметна необычная словообразовательная модель. Суффикс -ов- указывает на притяжательный характер: фамилия образована от мужского прозвища или имени Новолён, а затем к нему добавили окончание -а, характерное для женской формы. То есть перед нами не фамилия в мужском роде (Новолёнов), а её женский вариант, который закрепился в документах. Такое встречается, если носительницей была женщина (вдова, незамужняя) или если фамилия писалась по материнской линии в определённых сословных группах.

Основа — Новолён — составная: «новый» и «лён». В русских говорах «лён» — не только растение, но и прозвище бледного, светловолосого человека (лён — «белёсый»). Прозвище Новолён могло означать либо «новый лён» (то есть недавно посеянный, молодой), либо «новый, как лён» — человека, который только начал белеть (седеть) или же, напротив, был очень светлым, «новорождённым» по цвету волос. Второе значение — ремесленное: новолёном могли называть того, кто впервые занялся обработкой льна или начал новую партию сырья.

Географически фамилия редкая и локализованная. Основные следы ведут в северные и центральные губернии России — Архангельскую, Вологодскую, Костромскую, где льноводство было основой хозяйства. В этих местах прозвище Новолён могло относиться к крестьянину, который первым в деревне начал сеять новый сорт льна или просто отличался особой «белизной» — внешностью или характером.

В ономастических справочниках фамилия не упоминается у Унбегауна или Никонова, что подтверждает её редкость. Вероятно, она возникла не в дворянской среде (где преобладали фамилии на -ский), а в крестьянской или мещанской — как «уличное» прозвище, позже зафиксированное в метриках. Интересно, что в некоторых говорах «лён» могло быть ироничным прозвищем ленивого человека (от «ленивый» через звуковое сближение), но для Новолёнова это маловероятно: приставка «ново-» слишком конкретна и указывает на свежесть, новизну.

Таким образом, фамилия Новолёнова — скорее всего, женская форма от прозвища, связанного с внешностью или льноводческим ремеслом. Её носительница, вероятно, происходила из семьи, где занимались льном, или же была прозвана за необычно светлые волосы.