Фамилия Полунова (и её мужская форма Полунов) образована от личного имени или прозвища, а не от какого-либо нарицательного слова. В основе лежит имя Полун — краткая форма канонического церковного имени Полувий (встречается также вариант Поливий). С греческого это имя переводится как «многожизненный», что указывает на пожелание долгой и полноценной жизни ребёнку.

В православный календарь имя вошло благодаря святителю Полувию, епископу Ринокирскому. Церковь почитает его память 12 мая. Согласно житию, за добродетельную подвижническую жизнь епископ удостоился дара чудотворений: однажды по его молитве Бог послал дождь во время засухи и умножил урожай на полях. Это делает имя особенно значимым для земледельческих регионов, где предки носителей фамилии могли видеть в святом заступника за урожай.

Однако имя Полун могло быть и самостоятельным, а не только сокращением от Полувия. В народной традиции так могли называть детей, родившихся в полночь — по времени появления на свет. Эта версия объясняет фамилию без обращения к греческой лексике и вполне могла сосуществовать с церковной традицией. Кроме того, Полун могло выступать краткой формой и для других имён — Полиевк, Поликарп или Ипполит, но связь с Полувием выглядит наиболее прямой из-за созвучия.

Сама модель образования типична для русского именослова: к основе Полун добавили притяжательный суффикс -ов, что дало значение «сын Полуна». Такой способ формирования фамилий укрепился в XV–XVII веках, когда за потомками закреплялось имя или прозвище отца. Суффикс -ов указывает на принадлежность к роду, поэтому фамилия Полунов исторически означала «из семьи человека по имени Полун».

Точное место и время возникновения конкретного рода Полуновых можно установить только через генеалогические исследования: процесс становления фамилий был длительным, и разные ветви могли появиться независимо в разных областях. Но в любом случае носитель фамилии может видеть в ней память о предке, носившем редкое имя с богатой церковной историей или связанным с народным обычаем называть «полуночных» детей.