Фамилия Полынькова образована от прозвища или мирского имени Полынько. В основе лежит слово «полынь» — известная горькая трава, символ горечи и печали в русском фольклоре. Суффикс -к- в прозвище указывает на уменьшительно-ласкательную или, скорее, характерологическую форму: Полынько — «горький, как полынь». Так могли назвать человека с нелегкой судьбой, угрюмого, неулыбчивого, либо того, кто жил на горьком, неурожайном месте.

Модель фамилии — типичная «малая» русская фамилия на -ов: Полыньков (сын Полынька). Женская форма Полынькова закрепилась в документах и быту. Поскольку фамилия не дворянская и не княжеская, а крестьянская или мещанская, её возникновение стоит отнести к XVII–XVIII векам, когда у простого сословия начали массово фиксировать прозвища в качестве фамилий.

Интересная деталь: фамилия Полыньков встречается реже, чем однокоренные Полынин, Полынов, Полынкин. Редкость суффикса -ьк- в основе (Полынько, а не Полынка) может говорить о южнорусском или украинском влиянии: в украинской ономастике уменьшительные формы на -ько (Іванько, Гринько) очень распространены. Таким образом, предки Полыньковых могли быть выходцами с юга России или Украины, где «полынь» звучит так же, но прозвищные модели отличаются.

Географически фамилия тяготеет к Центральной России и Поволжью, встречается в архивах Курской, Тамбовской и Саратовской губерний. Известных носителей с громкой славой нет — это рядовая, но выразительная фамилия, которая точно отражает характер прозвища: горьковатого, памятливого человека.