Фамилия Полено — одна из тех, что на слуху кажется простой и понятной, но при ближайшем рассмотрении ставит перед исследователем несколько загадок. Самое очевидное объяснение — происхождение от прозвища Полено. В крестьянской среде так могли назвать человека за внешность (высокого, худого и прямого, как полено) или за характер (неповоротливого, «дубового», упрямого). Однако в русских говорах у слова «полено» были и другие, менее известные значения. В некоторых регионах так называли долговязого, нескладного парня, а в архангельских говорах — даже вид рыбы. Не исключено, что прозвище имело ироничный или шутливый оттенок.

Модель образования типична для русских фамилий, но здесь есть нюанс. Фамилия Полено — это «чистая» основа, без патронимического суффикса (-ов, -ев, -ин). Такие фамилии характерны для украинской, белорусской и южнорусской традиции, где прозвище часто закреплялось в именительном падеже без изменений. В северных и центральных великорусских землях ту же основу, скорее всего, преобразовали бы в Поленов или Поленина. Таким образом, фамилия Полено может указывать на южное или западнорусское происхождение предка, либо на то, что фамилия оформилась достаточно поздно, уже в XIX веке, когда фиксация прозвищ в документах стала строже, а церковные записи допускали прямой перенос.

Встречается и версия, что фамилия связана не с дровами, а с личным именем Полен, сокращённой формой от Ипполит или Аполлон. Но эта гипотеза слаба: производные от церковных имён обычно давали фамилии на -ов/-ин (Поленов — от Полен), а форма Полено в таком случае — исключение, которое требует специального объяснения. Правдоподобнее, что перед нами всё-таки прозвищная фамилия, и её носитель в поколениях был либо плотником, либо человеком с характерной внешностью.

С географией фамилии всё неоднозначно. В дореволюционных метрических книгах Полено встречается рассеянно, без ярко выраженного гнезда. Чаще всего — в южных губерниях (Курская, Воронежская) и на Дону, что косвенно подтверждает украинский след. В современных телефонных справочниках фамилия редкая, что говорит об отсутствии массового крестьянского рода с таким прозвищем. Скорее всего, фамилия возникла в нескольких независимых очагах.