Фамилия Полиенов — редкий случай, когда за основу взято не каноническое имя, а его народная, обиходная форма. В её основе лежит имя Полиен, которое в святцах не встречается, но является просторечным вариантом крестильного имени Полиевкт (в переводе с греческого — «долгожданный» или «долго желаемый»). В русской традиции длинные имена нередко усекали: так Полиевкт превращался в Полиена, а уж от него с помощью стандартного патронимического суффикса -ов образовалась фамилия, отвечающая на вопрос «чей сын?» — сын Полиена.

Интересно, что имя Полиевкт и его производные были особенно распространены в среде духовенства. Святой Полиевкт Мелитинский, римский воин, принявший мученическую смерть за веру в IV веке, почитается как небесный покровитель, поэтому в семинариях и монашеской среде это имя давали нередко. Соответственно, предок-носитель фамилии Полиенов с высокой вероятностью мог быть выходцем из церковной или священнической среды, где такие редкие имена передавались по наследству.

В написании фамилии есть одна особенность, которая может сбить с толку. Ударение в ней плавающее: в различных говорах и документах оно падает то на второй слог (Поли́енов), то на третий (Полие́нов). Первый вариант ближе к исходному имени Поли́ен, второй — к книжному произношению. Разнобой в ударении не говорит об ошибке, а лишь отражает живую народную адаптацию книжного имени.

С географической точки зрения фамилия Полиенов не имеет ярко выраженного «гнезда» — она рассеяна по разным регионам, но чаще встречается в центральной России и Поволжье, что косвенно подтверждает её семинарское происхождение: выпускники духовных училищ разъезжались по всей стране. Однокоренных фамилий, вроде Полиевктов или Полиенко, почти нет, что делает Полиеновых носителями довольно уникального антропонима, сохранившего память о редком имени.