Фамилия Полхлебова — женская форма, а мужская, Полхлебов, встречается реже и звучит непривычно. Основа здесь необычная: «пол-» в значении «половина» и «хлеб». В старину так могли прозвать человека, которому доставалась половина хлеба — либо по скупости, либо по доле в общем деле. Например, в артелях или при разделе урожая: «полхлеба» означало долю, пай. Прозвище Полхлеб закрепилось за тем, кто работал за половинную плату или был совладельцем на половинных правах.

Словообразовательная модель простая: к основе «Полхлеб-» добавили суффикс -ов-, типичный для русских фамилий, образованных от прозвищ. Суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Полхлебов, то есть сын или потомок Полхлеба. Фамилия эта редкая, в списках массовых русских фамилий её нет, и это говорит о локальном происхождении. Вероятнее всего, она возникла в северных или центральных губерниях, где хлеб был основой хозяйства, а прозвища с «пол-» встречались часто: Полухин, Полушкин, Полуэктов.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования разбираются в группе прозвищ, связанных с имущественным положением и долями. Никонов в своих работах отмечал, что фамилии на «пол-» часто отражают не половину в прямом смысле, а условную меру — например, «полушка» (мелкая монета). Так и Полхлебова могла означать не буквально «половина хлеба», а человека, живущего впроголодь, скудно.

Есть и другая версия: в говорах «полхлеб» — это вид выпечки, небольшой хлебец. Тогда прозвище дали пекарю или торговцу, который пёк или продавал такие хлебцы. Но эта гипотеза слабее, потому что в диалектных словарях слово «полхлеб» в значении «булка» не зафиксировано. Правдоподобнее версия с долей и прозвищем бедного или расчётливого человека.

Фамилия недворянская, без суффикса -ский, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение. Встречается она в основном в документах XIX — начала XX века по Вятской, Пермской и Владимирской губерниям. Сегодня носители фамилии живут в основном в центральной России и Поволжье, но численность их невелика.