Фамилия Выхухоленцов — редкий случай, когда в основе лежит не имя или ремесло, а название зверька. Выхухоль — полуводный грызун, известный своим ценным мехом. Прозвище Выхухоль могли дать человеку за внешнее сходство (например, длинный нос или мягкие пушистые волосы), за манеру поведения (юркий, скрытный, «ныряющий» в толпе) или за профессию — охотника на этого зверя. В русских говорах слово «выхухоль» иногда использовалось иносказательно, обозначая неопрятного или странного человека, но первая версия (по сходству или ремеслу) выглядит правдоподобнее.

Модель образования необычна. К основе «Выхухол» добавился суффикс -енц- (редкий вариант -ец, указывающий на принадлежность к месту или роду занятий: «выхухоленц» — тот, кто имеет отношение к выхухоли), а затем патронимический суффикс -ов. Получается цепочка: прозвище Выхухоль → Выхухоленец (сын или подмастерье Выхухоля) → Выхухоленцов. Такая трёхступенчатая конструкция встречается нечасто, что делает фамилию заметной среди прочих «звериных» фамилий вроде Волков, Зайцев или Лисов.

География бытования фамилии узкая. По данным открытых источников, Выхухоленцовы встречаются преимущественно в Поволжье и на Урале — регионах, где исторически обитала русская выхухоль и где был развит её промысел. Встретить такую фамилию в Москве или Петербурге можно, но её «родовые гнёзда» — небольшие сёла и города вдоль Волги и Камы.

Из-за редкости фамилии (носителей — буквально несколько десятков человек) её не фиксируют классические словари русских фамилий, например, работа Б. Унбегауна. Но словообразовательная логика прозрачна, и это позволяет уверенно говорить о происхождении. Спорных версий здесь нет: корень очевиден, а альтернативные гипотезы (например, от тюркского корня) не выдерживают критики — слишком точное совпадение с русским названием животного.