Фамилия Бухаленков (и её вариант Бухалёнков) принадлежит к числу «полуотчества» — образований, в которых соединились две разные модели: украинский патронимический суффикс -енко (указывающий на сына или потомка) и русский притяжательный суффикс -ов. Такая двойная суффиксация — явление нечастое; обычно фамилии на -енков возникали на стыке украинской и великорусской традиций, в пограничных или смешанных регионах.

В основе фамилии лежит прозвище Бухаль, Бухалёнок или Бухало. Его возможные значения расходятся по нескольким линиям, и все они правдоподобны. Первая версия — от украинского глагола «бухати» (стрелять) или русского «бухало» (ружьё). Тогда прозвище указывало на род занятий: человек мог быть воином, стрелком или оружейником. Вторая — от глагола «бухать» в значении «молвить слово напрямик» (по В. Далю), то есть прозвище отражало прямоту и резкость в речи. Третья — от того же глагола в значении «бить, колотить» или «производить глухой шум» — так могли назвать работника шумного ремесла (например, кузнеца или молотобойца). Наконец, у «бухати» есть и переносное значение — «пить спиртное»; в этом случае прозвище могло закрепиться за любителем выпить.

Особого внимания заслуживает версия, связывающая фамилию не с прозвищем, а с географическим названием. В Тверской области протекает река Бухаленка — возможный гидроним в основе фамилии. Если это так, то Бухаленков — не «сын Бухала», а «выходец с реки Бухаленки». Такие случаи в русской ономастике известны, хотя встречаются реже, чем прозвищные фамилии.

В исторических источниках фамилия фиксируется с XVI века: у С. Веселовского упомянут Бухалов Федор, крестьянин, 1490 год, Переяславль. Это не прямая, но близкая по корню фамилия, подтверждающая древность прозвища. В Книге памяти Свердловской области записан Бухаленков Василий Андреевич (родился в 1890 году в селе Парецкое, ныне Московская область). Эта запись показывает, что к концу XIX века фамилия уже бытовала в центральных губерниях России, а не только в украинских землях.

Таким образом, фамилия Бухаленков — результат скрещения двух культурных традиций, а её основатель мог быть и воином, и прямым в словах человеком, и жителем берегов тверской речки. Выбрать одну версию без дополнительных данных невозможно, но все они укладываются в общую картину: фамилия старая, сложная по составу и неоднозначная по смыслу.