Фамилия Полышенкова — женская форма фамилии Полышенков, и её ключ к происхождению лежит не в очевидном корне «пол», а в суффиксе -енк-, который в русской ономастике работает как уменьшительный и одновременно «сыновний» маркер. Если отбросить суффикс -ов (притяжательный, указывающий на принадлежность), остаётся основа Полышенк-, то есть Полышенко. В украинской и южнорусской традиции фамилии на -енко означали «сын такого-то» или «потомок». Таким образом, Полышенков — это русифицированная версия украинской фамилии Полышенко, которую принесли в великорусские земли переселенцы или приказные люди.

Сама основа Полыша — это, скорее всего, не имя, а прозвище. Вероятнее всего, оно происходит от глагола «полышать» в значении «гореть, пламенеть, издавать сильный жар». В диалектах «полышь» — это пламя, жар. Прозвище Полыша могли дать человеку с рыжими волосами, с горячим, вспыльчивым нравом или, наоборот, тому, кто работал у печи — кузнецу, печнику, истопнику. Менее убедительна версия связи с польским корнем (от «Polak» — поляк), так как для этого скорее использовали бы форму Поляк, а не Полыша.

Географически фамилия Полышенков встречается не повсеместно. Основные очаги — юг России (Воронежская, Ростовская области) и восток Украины. Это подкрепляет версию о её украинских корнях. Встречаются варианты написания с одной «н» — Полышенков, но нормативной считается форма с двойной «н», как и в аналогичных фамилиях (Коваленков, Тимошенков).

Сословная принадлежность носителей фамилии не закреплена — Полышенковы могли быть как крестьянами, так и казаками, или мещанами. В документах XVIII–XIX веков эта фамилия фигурирует в списках однодворцев и государственных крестьян южных губерний. В дворянских родословных книгах она не отмечена, что говорит о её «простонародном», но вполне древнем происхождении.