Фамилия Барвенкова — женская форма фамилии Барвенков, и чтобы понять её происхождение, нужно разобраться с мужским вариантом. В основе лежит слово «барвена», которое в южнорусских и украинских говорах означает либо рыбу (вид кефали, барабульку), либо, что более вероятно для фамилии, растение — марену красильную. В старину из барвены добывали стойкий красный краситель, поэтому прозвище Барвена мог получить либо человек, занимавшийся этим ремеслом, либо просто рыжий или краснолицый человек.

Суффикс -ов/-ев указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ или имён. Барвенков — буквально «сын Барвены» или «из рода Барвены». Интересно, что фамилия имеет южный след: наибольшее распространение она получила на территории современной Украины и в южных областях России, особенно в Харьковской, Донецкой и Ростовской областях. Это подтверждает и топоним — город Барвенково в Харьковской области. Вероятно, что не все носители фамилии произошли от одного предка: часть могла получить фамилию по месту жительства — из Барвенкова или Барвенковки.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с личным именем Варфоломей в его народной форме «Барфоломей» или «Барвен». Такое сокращение встречается в старых документах, но для фамилии оно нетипично, так как обычно давало бы форму Барфоломеев или Барфенов. Поэтому ремесленная или прозвищная версия выглядит убедительнее. В написании Барвенкова ударение чаще всего падает на второй слог (Бар-ве́н-ко-ва), хотя в некоторых говорах возможно смещение на последний слог.