Фамилия Наталёнкова — вариант женской формы, а мужская, Наталёнков, редка и необычна по звучанию. В ней сразу бросается в глаза суффикс -ёнк-, который в русских фамилиях встречается нечасто и указывает на восточноукраинское или белорусское происхождение. В этих регионах -ёнко (или -енко) — типичный патронимический суффикс, означающий «сын» или «потомок». Однако написание через «ё» (Наталёнков вместо Наталенков) — особенность, которая могла закрепиться в документах под влиянием местного произношения или при переписи фамилий в XIX веке, когда «ё» иногда ставили для точной передачи звука.

Основа фамилии — личное имя Натал или Наталий. В русской традиции это краткая форма от канонического крестильного имени Наталий (мужской вариант от женского Наталия, что значит «родной» в латинском корне). В народе имя Наталий было редким, но встречалось, особенно в южных губерниях, где давали имена по святцам, но сокращали на свой лад. Таким образом, Наталёнков — буквально «сын Натала», то есть потомок человека по имени Наталий. Вторая версия, менее вероятная, — прозвище Натал от слова «наталить» в диалектном значении «наводить, наталкивать» (например, наставлять на путь), но для фамилии это спорно: прозвища с таким корнем почти не фиксируются.

Географически фамилия привязана к южнорусским областям и востоку Украины. По данным современных переписей, носители Наталёнковых встречаются в Воронежской, Белгородской областях и в Харьковской области Украины. Сословно это, скорее всего, крестьянская или мещанская фамилия: суффикс -ёнк- в XIX веке был распространён именно среди непривилегированных слоёв, в отличие от дворянских -ов/-ев с другим ареалом. Интересно, что в некоторых архивах фамилию могли записывать как Наталенков (без «ё»), и тогда она сливалась с более частой формой, но вариант с «ё» сохраняет уникальное произношение и указывает на местный говор.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Натальин, Натальцев, Наталкин — показывает, что Наталёнков стоит особняком: она не от имени Наталья (женского), а именно от мужского Натал, что редкость. Если искать параллели, то похожая модель — фамилия Иванёнков (от Иван), но с другим суффиксом. В целом фамилия Наталёнкова — нечастая, но прозрачная по смыслу: она прямо говорит о предке, которого звали Наталом, и о регионе, где такие имена и суффиксы были в ходу.