Фамилия Валенцова — женская форма фамилии Валенцов. В её основе лежит либо имя, либо прозвище, и обе версии имеют право на существование.

Первая и наиболее распространённая версия связывает фамилию с крестильным именем Валент (или Валентин). В русской народной традиции это имя приобрело просторечную форму Валенец — через добавление характерного суффикса -ец. Само имя восходит к латинскому valens — «сильный, крепкий, здоровый». В святцах известно несколько раннехристианских мучеников с этим именем, например, диакон Валент, казнённый в III веке.

Вторая версия отталкивается от прозвища Валенец. Здесь корень тот же — от слова «валять». В таком случае прозвище могли дать валяльщику, то есть мастеру по изготовлению валенок — тёплой зимней обуви, которую «валяли» из овечьей шерсти. Это ремесло было широко распространено в северных и центральных губерниях России, и фамилии, образованные от названий профессий, встречаются не реже, чем от имён.

Словообразовательная модель проста: основа Валенец плюс типичный русский патронимический суффикс -ов. Фамилия Валенцов, а затем и Валенцова означает «принадлежащий Валенцу», то есть потомок человека по имени или прозвищу Валенец. Ударение в фамилии падает на второй слог: Вале́нцова.