Фамилия Полбенникова — женская форма фамилии Полбенников. В её основе лежит необычное слово «полбенник», которое напрямую отсылает к названию злака — полба. Полба — это древняя пшеница, из которой в русских деревнях варили кашу и пекли хлеб. Соответственно, Полбенником в народе могли называть человека, который занимался выращиванием или продажей полбы, либо того, кто предпочитал полбяной хлеб обычному.

Однако суффикс -ник в русских прозвищах часто указывал не только на ремесло, но и на характерную черту. Полбенником могли прозвать любителя полбяной каши или человека, который постоянно её ел. В говорах встречалось и переносное значение: «полбенный» иногда означало «крепкий, здоровый», как зерно полбы, которое славилось своей питательностью. Таким образом, прозвище могло закрепиться за физически сильным или выносливым человеком.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: прозвище Полбенник + патронимический суффикс -ов, показывающий принадлежность («сын Полбенника»). Фамилия редкая, что неудивительно: полба как культура была вытеснена более урожайной пшеницей, а вместе с ней ушли в прошлое и прозвища, от неё образованные. Встретить Полбенниковых можно в основном в центральных и южных областях России, где полбу сеяли чаще.

Географически фамилия не привязана к какому-то одному региону — она рассыпана по стране мелкими гнёздами. Это говорит о том, что прозвище возникало в разных местах независимо, а не распространялось из одного родового гнезда. Вариантов написания с «а» (Полбанников) в старых документах почти нет — корень сохранял звук «е» под ударением, что подтверждает связь именно с полбой, а не с диалектным «полба» (половина бани или полбатона).