Фамилия Хромыленков образована от прозвища или нецерковного имени Хромыленок. Основа здесь — прилагательное «хромой», а суффикс -ёнок (в просторечии -енок) указывал на молодое существо или на сына. В древнерусской традиции прозвище Хромой давали человеку с заметной хромотой, а форма Хромыленок означала буквально «сын хромого» или «маленький хромой». Со временем, когда фамилии закреплялись, к основе добавили типичный русский патронимический суффикс -ов, превративший отчество Хромыленков в родовую фамилию — «чей?» — Хромыленков.

Интересна словообразовательная цепочка: от Хромой → Хромыля (уменьшительно-ласкательная или пренебрежительная форма) → Хромыленок (сын Хромыли) → Хромыленков. Суффикс -ыленок встречается реже, чем стандартное -ёнок, и может указывать на диалектное произношение или на конкретную местную традицию образования прозвищ. В говорах северных и центральных губерний России форма на -ыля (Хромыля) была распространена как ласкательное или обиходное имя для человека с физическим недостатком.

Географически фамилия Хромыленков тяготеет к южнорусским областям, особенно к Курской, Орловской и Воронежской губерниям. Там в XIX веке фиксировались крестьянские фамилии с суффиксом -енков (вариант -ёнков), характерные для украинского влияния. В переписных книгах и ревизских сказках можно встретить параллельные формы: Хромыленко, Хромыленков, реже Хромыльченков. Все они восходят к одному корню и говорят о том, что предок носителя фамилии был заметен в своей общине именно из-за хромоты — прозвище давали не случайно, а по яркой внешней примете.

Споров о происхождении фамилии почти нет: основа прозрачна, а суффикс типичен для восточнославянской модели. Единственная альтернативная версия — связь с диалектным словом «хромыль» (вид растения или насекомого), но она слаба и не подтверждается ни словарями, ни частотностью прозвищ. Правдоподобнее считать, что Хромыленковы — потомки человека, которого в деревне звали Хромыленок, то есть сын хромого.