Фамилия Кременьков образована не от драгоценного камня, а от прозвища Кремень. В народной речи кремнем называли человека с твёрдым, несгибаемым характером — упрямого, стойкого, «крепкого орешка». Такое прозвище могли дать и тому, кто умел высекать огонь из кремня, то есть мастеру по добыче огня или, в переносном смысле, зачинщику, «зажигалке» в компании. В некоторых говорах «кремень» означало также скупого, прижимистого человека, у которого «слова не выбьешь».

Основа фамилии — прозвище или нецерковное имя Кремень. Такие имена от названий твёрдых предметов (Камень, Кремень, Брус) были распространены на Руси: их давали как оберег, чтобы ребёнок рос таким же крепким и выносливым. Суффикс -к- добавил к основе значение уменьшительности или принадлежности: Кременьков буквально значило «сын Кременька» (маленького Кремня). Модель образования типична для русских фамилий — притяжательное прилагательное с суффиксом -ов, отвечающее на вопрос «чей?».

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России. Встречается в Тульской, Рязанской, Воронежской губерниях, где промысел по добыче кремня для огнив был развит исторически. Есть и однокоренные фамилии — Кремнёв, Кременев, Кременский. Разница в суффиксах: Кремнёв — от той же основы, но без уменьшительного -к-, а Кременьков — более «ласковый» вариант, указывающий на прозвище второго порядка: сначала человека звали Кремень, потом, из-за малого роста или возраста, Кременёк, а его дети стали Кременьковыми.

В документах фамилия фиксируется с XVII века. В переписных книгах Московского уезда 1678 года упоминается крестьянин Ивашко Кременьков. Среди дворянских родов эта фамилия не отмечена — носители были в основном крестьянами и посадскими людьми. В советское время фамилия не утратилась, хотя и не стала массовой: по данным современных переписей, Кременьковых насчитывается около двух тысяч человек, большинство живёт в Центральной России.