Фамилия Оленс — редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение неочевидно. Прежде всего бросается в глаза окончание: оно нехарактерно для исконно русских фамилий, которые обычно заканчиваются на -ов, -ев, -ин, -ский. Форма на -с, скорее всего, указывает на латышские, эстонские или немецкие корни. В прибалтийских языках фамилии на -с (Olenš, Olenz) встречаются, а в немецком — на -s (Ollensch, Ohlens) как вариант патронимического суффикса.

Если отбросить конечное -с, остаётся основа «Олен-». Здесь возможны две версии. Первая: связь с именем Олен, которое могло быть народной формой крестильного имени Алексей (через Алексий → Олексий → Оленя) или Елена (в мужском варианте Елен). Вторая версия — прозвищная: «олень» в значении «сильный, быстроногий» или, в северных говорах, «олень» как «глуповатый, простоватый» человек. Однако для фамилии с нерусским суффиксом вероятнее, что в основе лежит не русское слово, а личное имя.

Географически фамилия Оленс тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи: Латвии, Эстонии, а также к немецким колониям Поволжья и Причерноморья. В дореволюционных метрических книгах она фиксируется в основном среди лютеран и католиков, что подтверждает её западное происхождение. В современной России фамилия крайне редка и встречается точечно, чаще всего у потомков балтийских немцев или латышей, переехавших вглубь страны.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Оленс стоит особняком. В русской среде от той же основы образованы Оленев, Оленин, Оленский — все они имеют славянские суффиксы. Форма на -с — это калька с иноязычной модели: в латышском, например, фамилии часто образуются добавлением окончания -s к основе, без дополнительных суффиксов. Так что носитель фамилии Оленс, скорее всего, не потомок русского крестьянина, а выходец из прибалтийской или немецкой среды, где фамилию дали по имени предка — некоего Олена или Олленса.