Фамилия Лустенков образована по классической русской модели: к основе, которая звучала как Лустенко, добавили патронимический суффикс -ов. Получается, что предок носителя этой фамилии был сыном человека по прозвищу или имени Лустенко. Суффикс -енко типичен для украинской и южнорусской антропонимии и означает «маленький» или «сын». Таким образом, Лустенков — это «внук» того самого Лустенко, а сама фамилия закрепилась на русской почве, когда носитель перебрался севернее или попал в великорусскую документацию.

Корень «луст-» в русских говорах неоднозначен. Самая вероятная версия связывает его с диалектным словом «луста» — так в некоторых областях называли ломоть хлеба или кусок сала. Прозвище Луста могли дать плотному, упитанному человеку, либо тому, кто любил хорошо поесть. В этом случае Лустенко — уменьшительная форма от Луста, а Лустенков — уже отчество-фамилия по третьему поколению. Менее распространённая версия — связь с глаголом «лустить» (шелушить, снимать кожуру): прозвище мог получить крестьянин, занятый обработкой зерна или орехов.

Встречаемость фамилии сосредоточена в западных и центральных областях России, особенно в Смоленской, Брянской и Псковской губерниях. Это зона активного смешения белорусских, украинских и великорусских говоров, что и объясняет появление модели на -енко, которая позже обросла русским окончанием -ов. В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания крестьян и однодворцев с такой фамилией, но массового распространения она не получила — это довольно редкая фамилия, что делает её географически привязанной к определённому ареалу.

В отличие от фамилий на -енко, которые остались в украинской форме (Лустенко), вариант Лустенков прошёл полную русификацию. Это говорит о том, что предки носителей фамилии довольно рано оказались в среде, где фамилии оформляли по московскому образцу. Если бы фамилия закрепилась в южных регионах, она, скорее всего, осталась бы Лустенко без приращения -ов. Таким образом, по фамилии можно примерно восстановить путь семьи: исходная точка — южнорусские или украинские земли, затем переселение или переезд на север, где фамилию адаптировали под местные нормы.