Фамилия Полуденцев образована от прозвища или нецерковного имени Полудень. В древнерусском языке «полудень» означало «юг» или «полдень», время, когда солнце в зените. Человек, которого так прозвали, мог родиться в полдень или быть родом с южных земель. Вторая версия связывает прозвище с характером: «полуденный» — яркий, заметный, деятельный, как солнце в зените. Третья, менее вероятная, отсылает к географическому названию — деревни и речки с корнем «полуден» встречаются на Урале и в Сибири.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Полуденцев — сын или потомок Полудня. Модель образования типична для русских фамилий второй половины XVI–XVII веков, когда отчества на -ов/-ев закреплялись за крестьянами и посадскими людьми. В отличие от дворянских фамилий на -ский, Полуденцев — фамилия демократичная, скорее всего, из среды черносошных крестьян или служилых людей по прибору.

Редкость фамилии подсказывает, что её носители не были многочисленным родом. По переписям XVIII–XIX веков Полуденцевы встречаются в Пермской и Вятской губерниях — регионах, куда уходили переселенцы с Русского Севера. Возможно, основатель фамилии был «полуденщиком» — так в некоторых говорах называли работника, занятого в дневную смену, в отличие от ночного сторожа.

В написании фамилия устойчива: вариант с -ев, а не -ов, потому что основа заканчивается на мягкий согласный (день → дн-ев). Ударение падает на второй слог: Полу́денцев. Встречается также форма Полуденцов, но она вторична и возникла под влиянием произносительной нормы.