Фамилия Полинова образована от мужской формы Полинов — и это один из тех случаев, где основа не лежит на поверхности. Корень здесь не «полено» и не «поле», хотя созвучие обманчиво.

Вероятнее всего, в основе лежит нецерковное имя или прозвище Полян. В старину так могли назвать человека, жившего на поляне, у поля, или выходца с открытой местности. Суффикс -ов типичен для русских фамилий, образованных от прозвищ: Полян → Полянов → Полинов. Звук «я» в безударном положении в некоторых говорах переходил в «и» — так Полянов превращался в Полинова. Фамилия фиксируется преимущественно в центральных и южнорусских областях, где аканье и иканье были распространены.

Есть и вторая версия, менее вероятная: от крестильного имени Полиевкт (в просторечии Полин). Но в этом случае фамилия обычно писалась бы через «е» — Полиенов. Встречаются единичные примеры, но для массового бытования Полиновых и Полиновых она слаба.

По типу суффикса фамилия относится к числу «простых» патронимических: её носили крестьяне и мещане, а не дворянство. Сословный состав носителей не даёт оснований приписывать фамилии аристократическое происхождение.

Фамилия редкая, не входит в число широко распространённых. Встречается в Тверской, Рязанской и Нижегородской областях, а также в Сибири — куда переселенцы уходили в XIX веке. Полиновых в современной России, по открытым данным, не более нескольких сотен человек.