Фамилия Харламьева — женская форма, а её основа — мужская фамилия Харламьев. Она образована от редкой для русского именослова полной формы крестильного имени Харлампий. Это имя греческого происхождения (Χαράλαμπος, от «хара» — радость и «лампо» — сиять, то есть «сияющий радостью») и связано с раннехристианским святым Харлампием, почитаемым как целитель и защитник от внезапной смерти.

Модель образования фамилии нестандартна. Обычно от канонического имени Харлампий в русской среде возникали фамилии через суффикс -ов/-ев: Харлампиев. Но здесь сработала народная усечённая форма — *Харлам. В быту имя Харлампий сокращали до Харлам, как Пантелей — до Пантелей, а Евлампий — до Евламп. От этого краткого варианта и пошла фамилия Харламьев. Суффикс -ев (после мягкого согласного «м») указывает на принадлежность: «сын Харлама» или «из семьи Харлама».

Встречается и параллельная форма Харламов — от той же основы, но с суффиксом -ов. Различие в написании часто носило случайный характер и зависело от того, как записывал имя писарь в церковной книге: слышал «Харлам» — писал Харламов, слышал «Харламь» — писал Харламьев. Однако фамилия Харламьева встречается заметно реже, чем Харламова, что делает её более редкой и диалектно окрашенной.

Географически фамилия Харламьевы тяготеет к северным и центральным губерниям России — Архангельской, Вологодской, Костромской, а также к Поволжью. В этих краях имя Харлампий в просторечии часто звучало как Харламей, откуда и пошла форма на -ьев. Предки-носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, получившими фамилию по имени отца или деда, который носил это редкое церковное имя.

Таким образом, Харламьева — фамилия, которая хранит след живого народного произношения: от полного светлого имени «сияющий радостью» до короткого и твёрдого «Харлам», а затем и до фамильного суффикса. Это не ошибка в написании, а свидетельство того, как крестьянская речь перерабатывала книжные формы.