Фамилия Цвеленьева — женская форма, мужская — Цвеленьев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Цвелень, которое в русских говорах могло означать «цветущий», «здоровый», «крепкий». Глагол «цвелеть» (или «цвелить») в диалектах имел значение «цвести», «наливаться силой», «хорошеть». Таким образом, Цвеленем могли назвать румяного, пышущего здоровьем человека или, напротив, дать имя с пожеланием — чтобы рос и цвёл.

Словообразовательная модель здесь не самая частая. Суффикс -ень- (как в «кипень», «зелень») образовывал существительные со значением качества или состояния. Фамилии на -ев/-ев от таких основ встречаются реже, чем, скажем, от имён на -ил или -ят. Это делает фамилию Цвеленьева заметной на фоне массовых Цветковых, Цветаевых или Цветухиных — все они от того же корня «цвет», но образованы по-разному.

Вероятно, фамилия имеет севернорусские или центральнорусские корни. В писцовых книгах XVII века встречаются прозвища Цвель, Цвеленок — их фиксировали в новгородских и вятских землях. Цвеленьевы могли быть крестьянами или посадскими людьми, поскольку фамилии на -ев у непривилегированных сословий в тех краях закрепились рано.

Менее правдоподобна версия связи с диалектным «цвель» в значении «плесень», «гниль» — такое прозвище давали бы неаккуратному человеку. Но ударение в фамилии (Цвеле́ньев) указывает на основу с долгим гласным, характерным для глагольных форм, а не для имени существительного с беглым е. Поэтому версия с «цветением» убедительнее.