Фамилия Харламенков восходит к крестильному имени Харлампий, которое в переводе с греческого означает «сияющий радостью». В основу фамилии легла не полная, а производная форма этого имени — Харлам. Такое сокращение — обычное дело для русской ономастики: длинные греческие имена в бытовой речи часто ужимались до одного-двух слогов, и уже от этой формы образовывались фамилии.

Покровителем имени считается Священномученик Харлампий, которого на Руси почитали хранителем от внезапной смерти без покаяния. Согласно жизнеописанию, перед мучительной кончиной святой молился Господу, чтобы на месте, где будут покоиться его мощи, не было глада, мора и пагубного воздуха, но царили мир и телесное здравие. По преданию, Господь услышал его и ответил: «Буди по прошению твоему, мужественный мой воине». Поэтому в народной традиции Харлампию молились об избавлении от «несчастной без покаяния смерти», которая часто приходила вместе с войнами и эпидемиями. В некоторых украинских сёлах святого почитали и как покровителя скота, обращаясь к нему в день памяти о благополучии и приплоде домашних животных.

Словообразовательная модель здесь двойная. Сначала от имени Харлампий возникла уменьшительная форма Харлам, а затем от неё через суффикс -енк- образовалось отчество Харламенко — так называли сына, внука или потомка Харлама. Такая модель с суффиксом -енко типична для украинской и южнорусской традиции. Вероятно, род Харламенко жил на украинских землях, а со временем перебрался в Россию, где фамилия русифицировалась: к ней добавили типично русский суффикс -ов, и получилось Харламенков.

Таким образом, Харламенков — это потомок человека по имени Харлам, то есть Харлампий. Фамилия сохранила память не только о конкретном имени, но и о народном почитании святого, которого считали заступником от внезапной гибели и покровителем хозяйства.