Фамилия Поленцева — женская форма, а её мужской вариант Поленцев. В основе фамилии лежит прозвище или имя, но не очевидное. Чтобы понять корень, нужно отбросить типичный для русских фамилий суффикс -ев- (вариант -ов- после мягких и шипящих). Остаётся основа «Поленец». Это слово в русских говорах не было распространённым именем, а скорее прозвищем или производным от названия местности.

Самая вероятная версия — связь с диалектным словом «полено» или «поленце» (уменьшительное от полено). В старину «поленцем» могли прозвать человека за сухощавость, высокий рост или, наоборот, за неуклюжесть — как деревяшку. Но есть и другая, более интересная гипотеза: в некоторых регионах «поленцами» называли людей, занимавшихся заготовкой или продажей дров. Это ремесленное прозвище могло закрепиться за родом, а потом перейти в фамилию.

Менее вероятна, но возможна связь с топонимом. В России есть несколько деревень с названием Поленцы, Поленцево (например, в Кировской и Нижегородской областях). В таком случае фамилия Поленцев могла означать выходца из этих мест — «поленец», то есть житель Поленцов. Эта версия подкрепляется тем, что суффикс -ец- в прозвищах часто указывал на географическое происхождение (ср. «туляк», «вятка»).

Словообразовательная модель фамилии — типичная патронимическая: прозвище Поленец + суффикс -ев (притяжательный, обозначающий «сын Поленца»). По сословному составу Поленцевы могли быть крестьянами или посадскими людьми, так как фамилии на -ев редко встречались в высших дворянских родах, которые чаще использовали -ов и -ин. Встречаемость фамилии невысокая, она более характерна для северных и центральных регионов России, что косвенно подтверждает ремесленную или топонимическую версию.