Фамилия Полыньков образована от прозвища или нецерковного имени Полынько. В русской ономастике суффикс -к- в основе часто указывает на уменьшительно-ласкательную или уничижительную форму, а -ов добавляет значение принадлежности («чей?» — «сын Полынька»). Таким образом, Полыньков — это «потомок человека по прозвищу Полынько».

Само слово «полынь» — название горькой травы, хорошо известной на Руси. Прозвище Полынь или Полынько могли дать человеку с горьким, неуживчивым характером, либо тому, кто был худым и жилистым, как степная полынь. В народной культуре полынь ассоциировалась с горечью, болезнью и даже нечистой силой — её использовали как оберег, но и одновременно считали травой, приносящей одиночество. Вряд ли прозвище было комплиментом, скорее — меткой внешности или нрава.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с диалектным словом «полынья» — незамерзающее место на реке. Тогда прозвище Полынько мог получить рыбак или человек, живший у такой полыньи. Но эта гипотеза слабее: слово «полынья» в русских говорах редко становилось основой для личного имени, а вот растительные прозвища — обычное дело. В словаре русских фамилий Б. Унбегауна фамилия не упоминается, что говорит о её относительной редкости и локальном бытовании.

Географически фамилия Полыньков встречается в основном в центральных и южнорусских областях, особенно в Воронежской, Курской и Ростовской областях. В писцовых книгах XVII века встречаются крестьяне с прозвищем Полыня, но фамилия в современном написании фиксируется позже, в XVIII–XIX веках. Социально — это типичная крестьянская фамилия, образованная от прозвища до эпохи массовых метрик. В дворянских родословных она не отмечена.

Интересная деталь: фамилия могла писаться как Полыньков или Полыньковъ, но в некоторых говорах звучала с ударением на первый слог — Полыньков, что меняло восприятие корня. В современном русском языке фамилия сохраняет связь с горькой травой, и это её главное отличие от более частых «растительных» фамилий вроде Романов или Берёзкин: Полыньков несёт оттенок не сладости, а терпкости.