Фамилия Полхирев — один из тех редких случаев, где основа вызывает больше споров, чем суффикс. Модель образования стандартна: суффикс -ев указывает на «сына» или «потомка» человека по имени или прозвищу Полхир. Вопрос в том, откуда взялось это имя.

Первая и самая вероятная версия — искажение канонического имени Поликарп (греч. Polykarpos — «многоплодный»). В народной речи сложные греческие имена часто усекали и перекраивали до неузнаваемости. Поликарп мог превратиться в Полкарпа, а затем в Полхира — с заменой «к» на «х» под влиянием южнорусского или украинского произношения (так называемое «хэканье»). Следовательно, предок носителя фамилии мог быть крещёным человеком по имени Поликарп, а его потомков записали как Полхиревых.

Вторая версия, менее распространённая, выводит основу из тюркских языков. В некоторых диалектах «пол» может означать «раб» или «слуга», а «хир» — «осёл» или «ишак». Однако такое прозвище звучало бы оскорбительно и вряд ли закрепилось бы в качестве фамилии, особенно в среде православного крестьянства. Эта гипотеза слабая, и большинство ономастов склоняются к первой — от Поликарпа.

Географически фамилия редкая. Встречается в основном в центральных областях России (Рязанская, Тамбовская губернии) и в Поволжье, что косвенно подтверждает её русское происхождение, а не пришлое тюркское. Сословно — это фамилия крестьянская или мещанская, без следов дворянства.

Особенность написания — окончание -ев, а не -ов. Это указывает, что основа заканчивалась на мягкий согласный или «ц» (Полхирь). Если бы имя звучало как Полхир, фамилия была бы Полхиров. Форма Полхирев закрепилась, скорее всего, от уменьшительной формы Полхирь (с мягким знаком на конце), которая была привычнее в быту.