Фамилия Зенцова в своей основе, скорее всего, восходит к слову «зеница» — «зрачок», «глаз». В старину это слово имело не только анатомический смысл, но и переносный: «зеницей» называли дорогого, ненаглядного человека, «свет очей». Поэтому прозвище Зеница могли дать как человеку с большими глазами или острым зрением, так и любимому, милому родственнику. От этого прозвища через форму Зенцо (с типичным для русских говоров переходом «и» в «е» и уменьшительным суффиксом -ц-) и образовалась фамилия.

Менее убедительная версия выводит фамилию от имени Зенон (греч. «божественный»). Уменьшительные формы Зена, Зеня могли дать фамилию Зенцов, но в таком случае более вероятной была бы форма Зенов или Зенин. Слово «зеница» как яркое, образное прозвище встречается в русской ономастике чаще, чем редкое имя Зенон в народной среде.

Суффикс -ов- указывает на типичную модель русских фамилий: Зенц — основа, -ов — притяжательный суффикс, означающий «чей?» — «сын Зенца». Женская форма Зенцова закрепилась в документах как наследственная. Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России, где слово «зеница» бытовало в живой речи дольше, чем на севере.