Фамилия Поленникова хранит память о занятии предка. В её основе лежит прозвище Поленник, которое образовано от глагола «поленить» — рубить, резать, колоть дрова на поленья. Это типичное «профессиональное» именование: так могли прозвать дровосека или лесоруба, чья работа была связана с заготовкой дров. Суффикс -ник в основе указывает на деятеля, поэтому прозвище буквально означает «тот, кто делает поленья».

Есть и вторая, менее очевидная версия происхождения. В речи охотников словом «полено» называли волчий хвост. Если принять эту версию, то Поленником могли прозвать опытного и умелого охотника, который знал повадки зверя. Однако эта гипотеза выглядит менее убедительной: связь с ремеслом дровосека для прозвища естественнее, чем редкий охотничий термин.

Сама фамилия Поленников построена по простой и распространённой модели: к прозвищу добавили суффикс -ов, который в русской ономастике обозначал принадлежность роду. Первоначально форма Поленников означала «сын Поленника», а со временем закрепилась как фамилия. Женская форма Поленникова — это та же фамилия, только с грамматическим окончанием, указывающим на женского представителя рода.

Родственные фамилии — Поленов, Поленовский, Поленьев — восходят к тем же корням, но образованы от других словообразовательных вариантов. Это показывает, что прозвищная основа была живой и распространённой, от неё возникали разные формы в зависимости от местной традиции.

Точных сведений о том, в каких регионах фамилия встречалась чаще, нет. Но судя по семантике основы, она могла возникнуть в лесных областях, где заготовка дров была обычным промыслом. Фамилия не относится к дворянским и, скорее всего, появилась в крестьянской или ремесленной среде, где прозвища по роду занятий были особенно распространены.