Фамилия Полоненков — редкий пример, где суффикс -енков указывает не на украинское или белорусское происхождение, а на севернорусскую модель образования. В говорах Архангельской, Вологодской и Вятской губерний фамилии на -енков (а не на -ёнков) встречаются как местная особенность: так оформляли «сыновей» от прозвищ или имен с суффиксом -еня. Основа Полонен — это усеченная форма от Полоня, Полоняй или Полоник.

Корень «полон» в русских говорах имеет два значения. Первое — «плен, неволя»: Полоня, Полоняй — прозвище человека, который был в плену, либо того, кто попал в зависимость. Второе, более вероятное по географии фамилии, — диалектное «полонь» или «полонка»: полынья, незамерзшее место на реке. Полоней могли назвать рыбака, промышлявшего у полыньи, или человека, жившего возле незамерзающего участка воды. В северных деревнях такие прозвища давали по характерному признаку места жительства.

Суффикс -енков, характерный для фамилий Архангельской и Вологодской губерний, не стоит путать с украинским -енко. В северной традиции он означал «сын Полони» или «внук Полони» и закрепился в документах XVI–XVII веков, когда крестьян и посадских людей вносили в переписи по отцу. Фамилия Полоненков — редкая, сконцентрирована в основном в Кировской области и на северо-востоке Костромской области, что подтверждает ее северное происхождение.

В отличие от более частых Полонников (от «полонник» — пленник) или Полонских (дворянская фамилия от топонима), Полоненков — фамилия крестьянская, возникшая в локальной среде. Ономастический словарь Веселовского не фиксирует эту фамилию в списках служилых людей, что косвенно указывает на ее позднее закрепление в непривилегированных сословиях.

Таким образом, предок Полоненковых — скорее всего, помор или вятич по прозвищу Полоня, живший у полыньи или переживший плен, а его потомки сохранили фамилию в узком ареале Русского Севера.