Фамилия Големенцев образована от прозвища, в основе которого лежит прилагательное «големный» или «големенный». В русских говорах у этого слова несколько значений, и все они связаны с физическими или социальными качествами человека. Чаще всего «големный» означало «большой, крупный, рослый» — так могли прозвать высокого, сильного человека. В других диалектах «големный» — это «гольный, чистый, сплошной», то есть прозвище могло относиться к человеку, который, например, жил в голом поле или носил простую одежду. Наконец, в некоторых регионах «големенью» называли бедняка, бобыля, человека без имущества. Какая из этих версий верна для конкретной семьи, уже не установить, но все они сводятся к одному корню «гол-», связанному с понятиями «голый, нагой, открытый».

Суффикс «-енцев» указывает на типичную для русских фамилий модель образования от притяжательного прилагательного с суффиксом «-ец»: Големенец — так называли сына или потомка человека по прозвищу Големень. Затем к основе «Големен-» добавили патронимический суффикс «-ев», и фамилия приобрела форму Големенцев. Такая словообразовательная цепочка характерна для фамилий, возникших в среде крестьян и посадских людей, где прозвища часто давали по внешности или положению.

Фамилия редкая и имеет локальный характер. По данным переписей и архивов, основные очаги фамилии Големенцев — это южные и центральные регионы России, особенно Курская, Воронежская и Тамбовская области. Встречается она и на Урале, куда переселенцы из черноземных губерний принесли свои родовые прозвища в XVIII—XIX веках. В документах XVII века фамилия не фиксируется, что говорит о её относительно позднем оформлении — скорее всего, в середине — конце XVIII столетия.

Стоит обратить внимание на вариант написания: в некоторых источниках встречается форма Големинцев или Големянцев. Это не ошибка, а отражение диалектного произношения: в говорах «е» и «я» после мягких согласных могли звучать одинаково, и писцы на слух записывали фамилию по-разному. Однако основной и исторически верный вариант — через «е» после «м». Родственные фамилии — Големенко, Големенчук, Големянов — распространены на Украине и в Белоруссии, что подтверждает общеславянский характер корня.