Фамилия Домченкова — женская форма, а её мужской вариант, Домченков, образован по древней и продуктивной модели с суффиксом -ов. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Домченок. Суффикс -енок в русских фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин, и указывает на «младшего»: так называли сына или молодого человека, чей отец носил имя или прозвище Домка. Домка, в свою очередь, — уменьшительная форма от Домна (церковное женское имя Домна, греческого происхождения, означающее «госпожа»), либо от Домант (редкое имя), либо от прозвища, связанного со словом «дом» — то есть домосед, хозяин, человек, привязанный к домашнему очагу.

Самый вероятный путь: в основе лежит мирское имя или прозвище Доман (от «дом»), от которого образовали уменьшительное Домка, а затем — Домченок («сын Домки»). Со временем форма на -енок закрепилась как фамилия, и в документах XVII–XVIII веков её могли записать как Домченков. Такие фамилии характерны для северных и центральных областей России, где была распространена модель с суффиксом -енок/-онок (сравните: Козлёнков, Волчонков). В украинской и белорусской традиции та же основа дала бы Домченко, но суффикс -ов указывает на русифицированную форму, адаптированную при переходе в официальные списки.

Географически фамилия Домченков встречается в основном в Смоленской, Брянской, Тверской областях и в Поволжье — это регионы, где смешивались русские и белорусские говоры. Вариант Домченкова, соответственно, мог появиться у женщины при замужестве или в документах как указание на принадлежность к роду Домченковых. Прямых сведений о дворянском происхождении нет: скорее всего, носители фамилии были крестьянами или мещанами, а прозвище Домка давали либо по характеру (домосед), либо по занятию (строитель, плотник, хозяин постоялого двора).