Фамилия Воленбахов — редкий пример фамилии немецкого происхождения, которая закрепилась в русской среде и получила русский патронимический суффикс -ов. В чистом виде немецкая фамилия звучала бы как Воленбах (Wollenbach) или Волленбах. Добавление окончания -ов в русском языке означает «чей?» — то есть «принадлежащий роду Воленбахов», и это типичный способ адаптации иноязычных фамилий в Российской империи, особенно в XVIII–XIX веках, когда в страну приглашали немецких специалистов, офицеров и колонистов.

Основа фамилии — топонимическая. Wollenbach — это типичный немецкий сложный топоним: Wollen (от древневерхненемецкого wolla — «шерсть» или от личного имени Wollo) и Bach — «ручей». Буквально — «Шерстяной ручей» или «ручей Вольфганга/Волло». Таких названий в немецкоязычных землях несколько: например, Волленбах в земле Рейнланд-Пфальц или Волленбах в Баварии. Скорее всего, первый носитель фамилии получил её по названию места, откуда он был родом, — типичная практика для немецкого дворянства и бюргерства.

В России носители фамилии Воленбахов появляются в документах не ранее середины XIX века. Это могли быть обрусевшие немцы — либо выходцы из прибалтийских губерний (остзейское дворянство), либо специалисты, приглашённые на заводы Урала или в армию. Суффикс -ов указывает на то, что фамилия была «обрусена» в крестьянской или мещанской среде: офицеры и дворяне чаще сохраняли исходное написание Воленбах.

Интересная деталь: в русском языке фамилия могла записываться и как Воленбахов, и как Волленбахов (с двойной «л»). Двойная согласная в немецком произношении — долгая, но при адаптации её часто упрощали. Встречаются также варианты с «ф» на конце — Воленбахов, но это уже искажение более позднего времени. Сегодня Воленбаховых в России — единицы, в основном в крупных городах, и фамилия эта скорее всего сохранилась как редкое напоминание о немецких корнях среди русского населения.