Фамилия Воленбахова — редкий случай, когда русская по форме фамилия почти наверняка имеет немецкое происхождение. Основа здесь — географическое название или фамилия Воленбах (Wohlenbach, Wollenbach). Суффикс -ов- в женском варианте Воленбахова указывает на присоединение к русской модели: так в России оформляли фамилии иностранцев, особенно в XVIII–XIX веках, когда немцы массово переселялись в Поволжье и Причерноморье. Мужская форма — Воленбахов.

Сама немецкая основа распадается на две части: Wohlen (от Wohl — «благополучие» или от названия местности) и Bach — «ручей». Буквально Воленбах можно перевести как «благополучный ручей» или, что вероятнее, как топоним — название поселения у ручья. В Германии действительно есть несколько населённых пунктов с похожими названиями, например Волленбах в земле Рейнланд-Пфальц. Носители фамилии Воленбах могли быть выходцами оттуда.

В Российской империи фамилия Воленбахов закрепилась в среде немецких колонистов, которых Екатерина II приглашала осваивать пустующие земли. После Первой мировой войны, когда антинемецкие настроения усилились, многие носители могли русифицировать фамилию, изменив окончание или заменив корень. Сохранившийся вариант Воленбахова — свидетельство того, что семья не стала полностью отказываться от немецкого звучания.

Словообразовательная модель проста: к немецкой основе добавлен русский патронимический суффикс -ов- (в женском роде -ова). Такое оформление типично для фамилий некрестьянского сословия — мещан, купцов, чиновников, которые в документах получали полную форму с суффиксом, а не прозвищную. В отличие от фамилий на -их/-ых, которые чаще встречались у крестьян, Воленбахова — пример городской или колонистской фамилии, попавшей в русскую антропонимическую систему.

О точной географии бытования сказать сложно: фамилия крайне редкая, не входит в общероссийские списки распространённых. Вероятнее всего, её носители живут в регионах бывших немецких колоний — Саратовской, Самарской областях, Краснодарском крае, а также в крупных городах, куда переселялись потомки колонистов в XX веке. Встречаются единичные упоминания в документах XIX века по Саратовской губернии.

Таким образом, Воленбахова — это фамилия, которая буквально несёт в себе историю немецкой колонизации России: немецкий топоним, русский суффикс и память о переселении.