Фамилия Сизенцева — женская форма, а её мужской вариант — Сизенцев. В основе фамилии лежит нецерковное имя или прозвище Сизенец, которое, в свою очередь, образовано от прилагательного «сизый». Сизым на Руси называли человека с серо-голубым оттенком кожи или волос, либо же птицу — голубя или сизого сокола. Прозвище могло закрепиться за охотником, птицеловом или человеком с характерной внешностью.

Модель образования — типичная для русских фамилий: к основе Сизен- добавляется суффикс -ец, указывающий на принадлежность к определённой группе («тот, кто сизый»), а затем фамильный суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкой основы). В говорах суффикс -ец мог усиливать экспрессивность: Сизенец — не просто сизый, а «сизый до заметности».

Стоит обратить внимание на редкость суффикса -енцев/-енцева. В русском ономастиконе такие формы встречаются реже, чем обычные Сизов или Сизиков. Это указывает на то, что фамилия могла сложиться в северных или северо-восточных регионах, где -ец в прозвищах был более распространён (сравните: Морозец → Морозенцев, Холодец → Холоденцев). Географически Сизенцевы чаще встречаются в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает версию о прозвищном происхождении от местных говоров.

Вторая, менее вероятная версия — от имени Сизонт (церковное Созонт, от греческого «спасающий»). В народной речи Созонт мог перейти в Сизон или Сизен, а затем — в Сизенцев. Но эта версия слабее: переход «з» в «с» нехарактерен для русских говоров, и фамилии от Созонта обычно выглядят как Созонтов или Сазонов. Поэтому основная гипотеза — прозвище по цвету или повадкам, а не по календарному имени.