Фамилия Болышенков образована от прозвища или нецерковного имени Болышень. Основа здесь — прилагательное «большой» в его древней, более полной форме «болыший» (сравните с диалектным «болыша» — старший в семье, глава). Суффикс -енк- в русских фамилиях чаще всего встречается на украинской почве (типичная модель: Иващенко, Григоренко), но в фамилии Болышенков он обрусел: -енк- + -ов дали типично великорусское окончание. Это указывает на то, что носитель фамилии или его ближайшие предки могли прийти из южнорусских или украинских земель, где фамилии на -енко были массовыми, а затем, переселившись севернее, адаптировали фамилию под местную норму, добавив суффикс принадлежности -ов.

Прозвище Болышень могло означать «старший сын» (болыша́к) или «рослый, крупный человек». В русских говорах «болыший» нередко заменяло слово «большой» в значении «главный, старший по положению». Поэтому предок Болышенков мог быть не просто физически крупным, а занимать руководящую роль — старостой, старшим в роду или артели. В документах XV–XVII веков по Северо-Восточной Руси встречаются прозвища Большой, Больша́к, Больша́та, но форма Болышень редкая: она указывает на ласкательный или уменьшительный оттенок (как «малыш» от «малый»).

С точки зрения географии, фамилия тяготеет к областям бывшего Смоленского и Брянского воеводств, а также к Верхнему Поволжью — местам, где смешивались северное и южное население. В дореволюционных переписях Болышенковы фиксировались в основном среди крестьян и мещан, то есть сословная принадлежность была самой массовой. Дворянских родов с такой фамилией не известно, что косвенно подтверждает её происхождение от прозвища, а не от имени знатного рода.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Большаков, Большов, Большагин — показывает, что Болышенков стоит особняком: суффикс -енков типичен для фамилий, образованных от прозвищ на -еня, -ыня (например, Кисленков от Кисля, Сухоруков от Сухорукий). Такая модель редка, и это делает фамилию ценной для этимолога: она сохранила диалектную форму слова, почти исчезнувшую из живого языка.