Фамилия Полчанов — редкий случай, когда географическая привязка может быть важнее морфологии. В основе фамилии лежит не имя и не ремесло, а топоним: название села Полчаново. Такие села есть в Смоленской и Брянской областях, а также на Украине (Полчановка в Черниговской области). Первым носителем фамилии, скорее всего, стал человек, переехавший из Полчанова в другое место, — на новом поселении его и прозвали «полчановским», а потом закрепилась краткая форма Полчанов.

По другой версии, фамилия образована от прозвища Полчан — так могли называть выходца из польских земель или человека, перенявшего польские обычаи. В говорах слово «полчанин» означало «поляк», а суффикс -ан- указывал на принадлежность к народу (сравните: «крестьянин», «мещанин»). Но эта гипотеза слабее: патронимический суффикс -ов в фамилии обычно цепляется к основе, а не к уже готовому суффиксу принадлежности.

Сама фамилия стоит в ряду с однокоренными Полчанинов, Полчаниновский. Суффикс -ов в ней — притяжательный, то есть буквально «сын Полчана». Если основа — прозвище, то Полчан могло быть производным от личного имени Пол (уменьшительное от Полиевкт, Ипполит или даже Аполлон). В таком случае фамилия Полчанов — «потомок Поли». Но эта версия менее вероятна: от имени Пол обычно шли фамилии Полов, Полин, а Полчанов — явно более позднее образование, возникшее не раньше XVI века.

В документах фамилия встречается с XVII века: в переписных книгах Смоленского уезда упоминаются крестьяне Полчановы, жившие в деревнях на границе с Литвой. Это подтверждает связь с географией — именно смоленские земли были зоной активного смешения русского и польского населения. Носители фамилии в основном были крестьянами или однодворцами, но встречались и священники: в XIX веке в Тверской губернии служил дьякон Иван Полчанов.

Современные носители фамилии живут преимущественно в западных регионах России — Смоленской, Брянской, Псковской областях, а также в Беларуси. Фамилия нечастая, но устойчивая: её вариант Полчанинов встречается реже, а Полчанов — более «обрусевшая» форма, утратившая указание на польское происхождение.