Фамилия Польнау — редкая для России, и её происхождение почти наверняка не славянское. В русском языке нет корня «польн-» в значении, которое давало бы прозвище или имя, а суффикс -ау совершенно нехарактерен для русской ономастики. Это указывает на немецкие или, шире, германские корни: типичная немецкая модель фамилии — основа + окончание -au (читается как «ау»). В немецком -au часто обозначает «луг» или «пойму» (ср. Ау, Браунау), а также входит в состав названий мест.

Скорее всего, Польнау — это топонимическая фамилия. Её основа могла восходить к названию населённого пункта, например, польского или немецкого поселения, где жил первый носитель. Вариант: Polnau — это искажённое Polenau, что буквально могло означать «польский луг» (Polen + Au). В таком случае предок мог быть выходцем из местности, граничившей с Польшей, или переселенцем из немецких колоний в Восточной Пруссии, Силезии или Прибалтике, где такие названия встречались.

Другой возможный путь — фамилия образована от немецкого личного имени или прозвища. Если основа «Поль» — это сокращение от Paul (Павел), то Польнау могло означать «луг Пауля» или «поселение Пауля», что опять же указывает на владение землёй. В России фамилия Польнау могла появиться вместе с немецкими колонистами, которых приглашали при Екатерине II, или через остзейских немцев, служивших в армии и на гражданской службе.

В русском языке фамилию склоняют как существительное мужского рода: Польнау, Польнау, о Польнау. Она не изменяется по падежам в женском варианте. Из-за редкости и неочевидной этимологии точное значение можно установить только через архивные записи — метрические книги лютеранских приходов или списки колонистов Поволжья, где такие фамилии фиксировались в XVIII–XIX веках.