Фамилия Поселенцева образована от прозвища или мирского имени Поселенец. В русских говорах «поселенцем» называли не просто жителя, а человека, который осел на новом месте, переселенца, иногда — ссыльного, отправленного на жительство в отдалённую губернию. В отличие от нейтрального «житель» или «обыватель», слово «поселенец» несло оттенок недавнего переезда или принудительного водворения. Поэтому первым носителем прозвища мог быть как крестьянин, перебравшийся в другой уезд и закрепившийся там, так и человек, сосланный «на поселение» после суда или рекрутчины.

Суффикс -ев- в окончании фамилии указывает на принадлежность: Поселенцев — сын Поселенца. Модель типична для русских фамилий XVI–XVIII веков, когда прозвище отца превращалось в родовое имя детей. Форма Поселенцева — женский вариант, возникший в официальных документах, где жена или вдова записывались по мужу. Встречается также мужская форма Поселенцев, но женский вариант нередко сохраняется в быту как исходная фамилия, если родословная ведётся по материнской линии.

Фамилия редкая и не имеет массового географического распространения. Единичные носители встречаются в центральных областях России, а также на Урале, куда в XVIII–XIX веках активно ссылали крестьян и старообрядцев. Если предки были из Сибири или Пермской губернии, версия о ссыльном происхождении становится ещё более вероятной. В дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована — это однозначно крестьянский или мещанский род.

Стоит различать фамилию Поселенцева и однокоренные Посельский, Поселянин, Поселков. Поселенцев — самая конкретная из них: она прямо называет событие (поселение), а не место или сословие. Поэтому для генеалогического поиска стоит обращать внимание на метрические книги тех уездов, где в XIX веке были исправительные поселения или переселенческие участки — например, в Тобольской или Томской губерниях.