Фамилия Харламенкова восходит к мужскому крестильному имени Харлампий, которое в переводе с греческого означает «сияющий радостью». В основу фамилии легла не полная форма, а производная, народная — Харлам. Такое сокращение типично для обиходной речи: длинные церковные имена в повседневном общении неизбежно ужимались до короткого и удобного варианта.

Покровителем имени считается Священномученик Харлампий, которого в народе почитали как хранителя от внезапной смерти без покаяния. Согласно житию, перед кончиной он молился Господу, прося, чтобы на месте, где покоятся его мощи, не было глада, мора и пагубного воздуха, но царили мир, телесное здравие и спасение душ. Эта молитва многое объясняет в народном почитании: к святому обращались за защитой от скоропостижной гибели и за урожай.

Словообразовательная цепочка здесь выглядит так: Харлампий → Харлам → Харламенко → Харламенков. Суффикс -енко в основе указывает на украинское или белорусское происхождение рода: так на этих землях традиционно образовывали отчества и семейные прозвания, означавшие «сын Харлама» или «потомок Харлама». Скорее всего, основатель рода был человеком из простого сословия — крестьян или казаков, среди которых такие формы имени были особенно распространены.

Со временем, вероятно, род Харламенко перебрался на территорию России, где фамилия прошла русификацию: к украинской основе добавили великорусский суффикс -ов, превративший её в привычную форму Харламенков. Такой путь — от уменьшительного имени через отчество с -енко к русскому патронимическому суффиксу — хорошо прослеживается во многих фамилиях, и Харламенков здесь не исключение. Таким образом, потомок человека по имени Харлам со временем получил фамилию, которая буквально отвечает на вопрос «чей ты?» — из рода Харламенко.