Фамилия Харлампьев происходит от крестильного имени Харлампий, которое переводится с греческого как «сияющий радостью». В основу фамилии легла не полная, а производная, разговорная форма этого имени — Харлампь. Такой путь типичен для русских фамилий: полные имена чаще закреплялись в церковной среде, а в быту использовали укороченные варианты, которые и становились основами для родовых прозваний.

За именем стоит конкретный исторический персонаж — священномученик Харлампий, живший на рубеже II–III веков. В народном сознании он закрепился как хранитель от внезапной смерти без покаяния. Ему молились об избавлении от «несчастной без покаяния смерти», которая в те времена была обычным спутником мора, войн и других бедствий. В некоторых украинских сёлах святого почитали иначе — как покровителя скота, и в день его памяти просили о приплоде и благополучии домашних животных. Этот региональный оттенок показывает, как одно и то же имя обрастало разными смыслами в зависимости от местных традиций.

Фамилию образовали по стандартной модели с суффиксом принадлежности -ев, который присоединяли к основам на мягкий согласный. Харлампь → Харлампьев означает «сын Харлампа». Тот же словообразовательный принцип дал множество других фамилий от производных форм канонических имён, поэтому Харлампьев стоит в одном ряду с такими фамилиями, как, например, Михеев или Сергеев.

В документах фамилия встречается с XIX века. В Книге памяти Псковской области упомянут крестьянин Харлампьев Иван Харлампьевич, родившийся в 1865 году в деревне Ключки Красногородского района. Любопытная деталь: отчество и фамилия здесь образованы от одной основы, что не редкость для крестьянской среды того времени, где имя Харлампь ещё бытовало как самостоятельное. Сама фамилия при этом уже успела закрепиться и передаваться по наследству, что говорит о её формировании не позднее первой половины XIX века.