Фамилия Песенцев — один из тех случаев, где народная этимология напрашивается сама собой, но истина лежит чуть в стороне. Первое, что приходит на ум: предок был певцом, песенником. Однако в русских фамилиях, образованных от глагола «петь», чаще встречаются основы Пев- (Певцов, Певунов) или Пе- (Петин, Петькин). Основа «песен» в Песенцеве указывает на другое слово — не на действие, а на конкретный предмет.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: суффикс -ец указывал на человека по его характерному признаку или занятию (ср. купец, мудрец, певец). Песенец — это тот, кто имел отношение к песням: либо сочинял их, либо исполнял, либо, по более бытовой версии, торговал песенниками. В XVII–XVIII веках песенниками называли сборники текстов, а их продавцы или переписчики могли получить прозвище Песенец. От него через притяжательный суффикс -ев и возникла фамилия Песенцев — «сын Песенца».

Есть и более редкая, но не менее правдоподобная версия, связанная с географией. В некоторых говорах русского севера и Сибири «песень» — диалектная форма слова «песня». В таком случае Песенцев могло быть прозвищем человека, который постоянно напевал, или же именем, данным ребенку, родившемуся под пение матери. Эта гипотеза опирается на работы В. И. Даля, фиксировавшего местные варианты произношения.

Фамилия не относится к числу распространенных дворянских — скорее всего, ее носители были крестьянами или посадскими людьми. Встречается она преимущественно в центральных областях России и в Поволжье, что подтверждается данными современных телефонных справочников и архивных записей XIX века. В отличие от однокоренных Песенников или Песняков, где суффиксы -ик и -як тоже обозначают деятеля, Песенцев сохранил более архаичную форму с -ец, что может говорить о более раннем возникновении прозвища.