Фамилия Погоненкова — женская форма от Погоненков, а та, в свою очередь, образована от фамилии Погоненко. Здесь мы сталкиваемся с украинской (или южнорусской) моделью на -енко, которая в русском языке получила типичный фамильный суффикс -ов. Такая двойная русификация — явление нередкое: когда носитель фамилии на -енко переселялся в великорусские губернии, его потомков могли записать уже с «великорусским» окончанием. Так Погоненко превратился в Погоненкова.

Основа фамилии — прозвище или неканоническое имя Погоня, Погоненок. В русских говорах «погоня» означала не только преследование, но и человека, который любит гнать, торопить, или того, кто работает погонщиком — например, гоняет лошадей, скот. На юге, в казачьей среде, «погоня» могла быть прозвищем расторопного, настойчивого или, наоборот, суетливого человека. Встречается и другая версия: от слова «погон» — нашивка на плече, но она менее вероятна, так как фамилии от названий военной амуниции обычно более поздние и редкие.

Сам суффикс -енок в исходной форме Погоненок — это уменьшительно-ласкательный или «детский» суффикс, характерный для северных и центральных русских говоров (ср. «ребенок», «козленок»). Он указывал на младшего члена семьи или на сына человека с прозвищем Погоня. Таким образом, Погоненок — буквально «маленький Погоня» или «сын Погони». Украинский эквивалент этого суффикса — -енко, поэтому фамилия могла сложиться и прямо на украинской почве, а потом адаптироваться под русскую орфографию.

Географически фамилия Погоненков и Погоненкова встречается в основном в областях, граничащих с Украиной, — в Курской, Белгородской, Воронежской, а также в Ростовской области и Краснодарском крае. Встречаются единичные носители в Сибири, что объясняется переселенческими потоками конца XIX — начала XX века. Сословно предки могли быть как крестьянами, так и казаками — погонщики скота или лошадей были востребованы в хозяйстве, особенно в степных регионах.

В написании фамилии возможна вариативность: Погоненков/Погоненкова, реже — Погонёнков, с ударением на второй слог. В документах XVIII–XIX веков могла фиксироваться форма Погоненковъ, что отражает дореволюционную орфографию.