Фамилия Полесных стоит в ряду так называемых «северных» фамилий на -их/-ых. В русской ономастике эта модель — верный маркер географического происхождения: такие фамилии типичны для черноземных областей, Поволжья, Сибири и Русского Севера, но особенно плотно они осели в Курской, Орловской, Воронежской и Рязанской губерниях. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые указывали на отца или хозяина, форма на -их/-ых означала принадлежность ко всему роду: «из семьи Полесных» — то есть из тех, кто живет на Полесье или происходит оттуда.

Основа фамилии прозрачна: «полесье» — местность, поросшая лесом среди полей, или, в более узком смысле, историческая область Полесье (нынешняя Беларусь, Украина и юго-запад России). Прозвище Полесный давали человеку, который жил в такой местности, пришел оттуда или занимался хозяйством на лесных полянах. В отличие от фамилии Полевой (связанной с чистым полем), Полесных подчеркивает близость к лесистой, порой болотистой зоне.

Словообразовательная модель проста: от географического или топографического прозвища Полесный (с суффиксом -н-) через родительный падеж множественного числа получилась фамилия Полесных. В документах XVII–XVIII веков встречаются варианты Полесной и Полеснов, но форма на -ых закрепилась в тех регионах, где был силен обычай называть всю семью по старшему в доме.

Социальный состав носителей фамилии был разнородным. Чаще всего Полесных — потомки крестьян и однодворцев (особенно в Курской губернии), но встречаются и записи о служилых людях, получивших прозвище по месту службы или жительства на южных рубежах Московского государства. В словаре Б. Унбегана «Русские фамилии» эта модель описана как одна из древнейших, но сам корень «полес-» не разбирается подробно — он слишком очевиден, чтобы требовать сложных этимологических гипотез.

Споров о происхождении фамилии почти нет. Редкая альтернативная версия связывает её с диалектным «полесник» — лесной дух или колдун, но она неправдоподобна: прозвища такого рода давались редко и почти не переходили в фамилии. Куда надежнее считать, что Полесных — это «лесной человек» в самом бытовом смысле: тот, кто живет у леса, в полесной зоне.