Фамилия Харлампиев происходит от крестильного имени Харлампий, которое в переводе с греческого означает «сияющий радостью». Имя это в православных святцах закрепилось за священномучеником Харлампием, епископом Магнезийским. В народной традиции святого почитали как хранителя от внезапной смерти без покаяния — такой конец считался страшным наказанием, и молитва к Харлампию должна была уберечь человека от гибели во время мора, войны или иного бедствия.

Модель образования фамилии простая и типичная для русской ономастики: к основе имени добавили притяжательный суффикс -ев, который указывал на принадлежность потомку. То есть Харлампиев буквально значит «сын Харлампия». Форма с суффиксом -ев, а не -ов, объясняется мягким конечным согласным основы: от имён на -ий (Харлампий, Арсений, Евгений) фамилии образовывались именно так.

Само имя Харлампий на Руси не было частым. Оно встречалось преимущественно в среде духовенства и в крестьянской среде, но всегда оставалось редким по сравнению с Иванами или Петрами. Поэтому и фамилия Харлампиев распространена заметно меньше однокоренных «массовых» фамилий, но зато она хорошо сохранила связь с исходным именем и не имеет конкурирующих версий происхождения от прозвища или профессии.

Самый известный носитель фамилии — Анатолий Аркадьевич Харлампиев (1906–1979), исследователь национальных видов борьбы народов СССР и один из основоположников борьбы самбо. Он не просто систематизировал приёмы из разных традиций, но и создал методику, которая легла в основу этого вида спорта. Благодаря ему фамилия Харлампиев прочно ассоциируется с историей отечественного спорта.

В написании фамилии иногда встречается вариант Харлампиев с ударением на втором слоге, хотя чаще произносят с ударением на третьем — Харлампи́ев. На письме путаницу может вызывать сочетание «ие» в середине: иногда ошибочно пишут Харлампьев или Харламьпьев, но нормативной остаётся форма через «и» после «л».