Фамилия Полонцев образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: к основе прибавили суффикс -ец, а затем уже к ней — типичный фамильный суффикс -ов. Получилась конструкция «Полон-ец-ов», где -ец указывает на человека по месту жительства или происхождению. Проще говоря, Полонцев — это потомок того, кого называли Полонец.

Ключ к пониманию фамилии — слово «полон». В древнерусском языке «полон» означало плен, неволю. Соответственно, Полонцем в народе могли прозвать человека, который побывал в плену, вернулся из плена или, возможно, был рождён в плену. Это не фамилия дворянского или книжного происхождения, а типичное бытовое прозвище, которое давали в деревне по заметному событию в жизни. В крестьянской среде, где людей часто именовали по личным качествам или обстоятельствам, такое прозвище было понятным и цепким.

Менее вероятная, но не исключённая версия связывает фамилию с названием города Полонное (ныне в Хмельницкой области Украины). В этом случае Полонец — выходец из Полонного, а Полонцев — его сын или потомок. Однако для прозвищного происхождения по географическому признаку чаще использовали суффикс -ский (Полонский), а конструкция с -ец и последующим -ов встречается реже. Поэтому версия с «пленом» выглядит более органичной для русской народной традиции.

В говорах встречается и слово «полон» в значении «наполненный, полный», но связь с прозвищем здесь сомнительна: вряд ли человека назвали бы «полным» именно через форму «Полонец». Скорее всего, перед нами именно «пленный» или «житель Полонного».

Фамилия редкая, не аристократическая. Её носители в XIX веке — преимущественно крестьяне и мещане центральных и южных губерний России. Встретить Полонцевых можно в документах Воронежской, Курской, Тамбовской губерний — то есть в черноземной полосе, где было много переселенцев и где память о плене (например, после набегов крымских татар) сохранялась в прозвищах долго.