Фамилия Бальменова — женская форма мужской фамилии Бальменов, и её происхождение напрямую связано либо с географическим названием, либо с прозвищем. Основа фамилии — «Бальмен» — почти наверняка не славянского, а тюркского или кавказского корня. В русских говорах и документах такое слово не встречается, зато в тюркских языках есть корень «бал» (мёд, сладкий) или «балык» (рыба), но скорее всего, здесь мы имеем дело с искажённым вариантом имени или прозвища Балман, Балмен. В татарской и башкирской среде имя Балман означало «сладкий, медовый человек» — так могли прозвать доброго, приветливого или сладкоежку.

Вторая версия, более прозаичная, но тоже вероятная: фамилия могла образоваться от названия населённого пункта. В России есть несколько селений с похожими названиями, например, Бальменово в Курской области или Бальмены в других регионах. В таком случае предок носителя фамилии был выходцем из этих мест, и его прозвали «бальменский», что со временем превратилось в Бальменов.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий от отчества или прозвища: «чей?» — Бальменов, то есть сын Бальмена. Фамилия редкая, нераспространённая, что говорит о её локальном происхождении — скорее всего, она закрепилась в одном или нескольких соседних уездах, где жили носители прозвища или переселенцы из одноимённого села.

Таким образом, Бальменова — фамилия с тюркским или топонимическим следом, которая могла появиться у крестьян или однодворцев южнорусских губерний. Точную дату возникновения установить сложно, но по модели образования она относится к XVII–XVIII векам, когда активно формировались русские фамилии на -ов.