Фамилия Котнеков образована от прозвища или мирского имени Котнек, и здесь ключевую роль играет не столько корень, сколько редкий суффикс. В русской ономастике фамилии на -еков встречаются нечасто и обычно указывают на западнорусское, белорусское или польское влияние. Если бы фамилия звучала как Котников, её можно было бы уверенно связать с ремеслом котельника (изготовителя котлов) или с растением копытень (в диалектах — «котник»). Однако форма Котнеков заставляет искать другое объяснение.

Скорее всего, в основе лежит слово «котнек» — уменьшительная форма от «котёл» или «кот» с диалектным чередованием. В некоторых говорах «котнек» могли называть небольшой котелок, а в переносном смысле — человека невысокого роста или с округлой фигурой. Возможна и версия происхождения от тюркского имени Котнек (встречается у татар и башкир), где «кот» означает «счастье, благодать», а суффикс -нек придаёт уменьшительно-ласкательный оттенок. Тогда фамилия могла принадлежать потомкам выходца из татарской среды, принявшего православие.

Географически фамилия Котнеков тяготеет к южнорусским областям — Курской, Воронежской, Ростовской, а также к Поволжью. Встречается она редко, что говорит о локальном происхождении: возможно, родоначальник был известен в одном селе или слободе, и фамилия не получила широкого распространения. Сословная принадлежность предков могла быть разной — от крестьян до однодворцев, но однозначных данных об этом нет.

В отличие от распространённых Котловых или Котенковых, фамилия Котнеков сохранила архаичную словообразовательную модель, которая вышла из употребления в центральной России уже к XVIII веку. Это делает её ценной для историков языка: по такой фамилии можно изучать, как в разных регионах по-своему перекраивали общерусские суффиксы.