Фамилия Бурмиленков — редкий случай, когда основа не бросается в глаза, а суффикс указывает на необычную модель образования. В ней нет привычных -ов или -ин, а стоит суффикс -енк-, который в чистом виде почти не встречается в русских фамилиях, зато характерен для украинской ономастики. В украинском языке суффикс -енко образует фамилии со значением «сын» или «потомок» (Шевченко, Коваленко). Бурмиленков — это русифицированная форма украинской фамилии Бурмиленко: к ней добавили русский суффикс -ов, чтобы адаптировать к местной традиции склонения. Иными словами, предок носителя фамилии был, скорее всего, выходцем с территории современной Украины, а его потомки, оказавшись в великорусской среде, «обрусели» фамилию.

Основа фамилии — Бурмила, Бурмило или Бурмиленко. Самое вероятное объяснение: это производное от имени Бурмил, которое в старину было неканоническим, обиходным вариантом крестильного имени Бурмил (от греческого «бурмиллос» — «порфирородный»). Имя редкое, но фиксируется в святцах и встречалось в южнорусских и украинских землях. Вторая версия — от прозвища Бурмила, связанного с глаголом «бурмить» (бормотать, невнятно говорить) или с диалектным «бурмило» — человек, который «бурмит», то есть ворчит. Однако версия с личным именем выглядит убедительнее: прозвищные фамилии редко получают столь сложный суффиксальный ряд.

Морфологически Бурмиленков — трёхчастная конструкция: корень Бурмил- + суффикс -енк- (указывает на сына или малороссийское происхождение) + русский патронимический суффикс -ов. Такая гибридная форма — живое свидетельство миграционных процессов: украинцы, переселявшиеся на юг России, на Дон или в Поволжье, нередко «дотягивали» свои фамилии до привычного русскому уху окончания. Географически фамилия тяготеет к Курской, Воронежской, Ростовской областям и к Краснодарскому краю — регионам, где исторически смешивались русское и украинское население.

Сословно носители фамилии, судя по типу образования, скорее всего, были крестьянами или казаками. Фамилии с суффиксом -енко в малороссийской среде носили все слои, но у русских именно крестьянские фамилии чаще всего получали русифицированное окончание -ов. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках не значится. В документах XIX века Бурмиленковы встречаются в мещанских и крестьянских списках Курской губернии.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Бурмилов, Бурмильцев, Бурмистров — все они восходят к тому же имени Бурмил, но образованы разными суффиксами. Бурмиленков стоит особняком: он единственный, кто сохранил украинский след в своей структуре. Это делает фамилию не просто указанием на предка по имени Бурмил, а маркером культурного и географического перехода — из малороссийской среды в великорусскую.