Фамилия Полимонова — женская форма от Полимонов, а её основа таит в себе сразу несколько загадок. Самая вероятная версия: в основе лежит редкое каноническое имя Полимон — народная форма церковного имени Поликарп (от греческого «многоплодный»). В русских говорах имя Поликарп не раз переделывали: Поликар, Полимон, Полимоша. Суффикс -ов указывает на типичную модель отчества: Полимон → сын Полимонов → Полимоновы. Значит, родоначальника звали Полимон, и его потомки получили фамилию по отцу.

Но есть и менее очевидный путь. В некоторых южнорусских и украинских говорах «полимон» или «полиман» — диалектное название растения полынь (от греческого «полынь»). Это могло стать прозвищем горького, неуживчивого человека или, наоборот, того, кто лечил травами. В пользу этой версии говорит то, что фамилия Полимонов встречается в документах XVII века среди казаков и крестьян Черниговщины и Полтавщины — там полынь называли именно «полимоном». Однако имя Полимон как производное от Поликарпа встречается чаще и фиксируется в святцах, поэтому версия с личным именем надёжнее.

Фамилия Полимонова — редкая. Основной ареал её бытования — Саратовская, Волгоградская области и Краснодарский край. Это указывает на позднюю миграцию носителей с юга России или Украины в Поволжье и на Кубань, что типично для переселений XVIII—XIX веков. По сословной принадлежности предки, скорее всего, были государственными крестьянами или однодворцами — потомками служилых людей южных засечных черт.