Фамилия Полонянов — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранилось почти без изменений, лишь обросло типичным русским суффиксом -ов. В центре — слово «полонянин» или «полоняник», то есть пленник, человек, взятый в полон. В древнерусском языке «полон» означало плен, а «полонянин» — того, кто попал в неволю, часто во время набегов или войн. Прозвище Полонян (или Полонянин) могли дать человеку, который вернулся из плена, либо тому, кто был захвачен, но потом выкуплен или сбежал. Такое прозвище не обязательно несло негативный оттенок — скорее, указывало на конкретную биографическую деталь, которая выделяла человека среди окружающих.

Суффикс -ов в фамилии Полонянов — стандартный патронимический (притяжательный) показатель, означающий «сын Полоняна» или «из рода Полоняна». Форма без суффикса -ин (как было бы, если бы основа оканчивалась на -а: Полонянин → Полонянинов) говорит о том, что исходное прозвище, скорее всего, имело вид Полонян, а не Полонянин. В говорах слово «полоняник» могло усекаться, и прозвище звучало как Полоняк или Полонян — отсюда и фамилия.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским областям, где были активны татарские и ногайские набеги, а значит, и плен был частым явлением. Встречается она нечасто, что подтверждает её прозвищное, а не массовое происхождение. В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) подобные фамилии разбираются в контексте «прозвищ по обстоятельствам жизни» — Полонянов попадает именно в эту категорию, рядом с фамилиями вроде Пленников или Пленкин.

Сословной привязки у фамилии нет: Полоняновым мог быть и крестьянин, и казак, и посадский. Единственное, что объединяет всех носителей, — память о предке, который пережил полон и вернулся домой. Это не героическая, но очень конкретная история, вшитая в фамилию с самого начала.