Фамилия Короленкова — редкий случай, когда бросается в глаза суффикс, а не корень. Мужская форма — Короленков. Сама фамилия образована не напрямую от слова «король», а от прозвища Королёнок. Формант -ёнок (в диалектах -онок) в русских фамилиях указывает на младшего по возрасту или положению: так могли назвать сына Короля, младшего работника при «королевском» дворе или просто парня с королевской осанкой, но молодого. Суффикс -ов/-ева в конце — стандартный патронимический, закрепляющий принадлежность: «чей?» — Королёнков, то есть потомок Королёнка.

В отличие от массовых Королёвых, которые пошли от мирского имени Король (нередкого в крестьянской среде до XVII века), Короленковы встречаются реже. Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским землям, где суффикс -енко/-ёнок был особенно активен. В переписных книгах XVII века на территории современной Белгородской и Курской областей фиксировались «Короленки» — как прозвищные имена, позже ставшие фамилиями. Сословной привязки нет: Короленковыми могли быть и однодворцы, и крестьяне, и казаки.

Словообразовательная модель здесь двойная. Сначала от основы «король» с помощью уменьшительно-отчественного суффикса -ёнок образовалось прозвище Королёнок (буквально «маленький король» или «сын короля»). Затем к этому прозвищу добавили фамильный суффикс -ов, чтобы указать на род. Получилась цепочка: король → Королёнок → Короленков. Это отличает фамилию от, скажем, Королевича (прямое указание на сына) или Королькова (от Королька — уменьшительного, но без оттенка младшего возраста).

Если сравнивать с однокоренными, то Короленков стоит ближе к фамилиям вроде Князьков (от Князька) или Царенков (от Царёнка). Во всех этих случаях суффикс -ёнок смягчает высокий титул до бытового прозвища, часто ироничного или ласкового. В ономастическом словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель с -ёнок описана как характерная для восточноукраинского и южнорусского ареала, где она конкурировала с великорусским -ов/ев. Так что носитель фамилии Короленков, скорее всего, имеет предков из чернозёмной полосы России или слобожанщины, где фамилии на -енков типичны.