Фамилия Неменёнок звучит на слух необычно и сразу привлекает внимание суффиксом. В белорусской и западнорусской ономастике суффикс -ёнок (реже -онок) — один из главных маркеров фамилии, указывающей на происхождение от отца или главы семьи. Буквально Неменёнок — это «сын Немена» или «маленький Немен». Такая модель образования (основа + -ёнок) была особенно распространена на территории современной Беларуси, в Смоленской и Псковской губерниях, где фамилии на -ёнок встречаются гораздо чаще, чем в центральной России.

Корень «Немен-» почти наверняка восходит к прозвищу Немен (или Немой). В древнерусском языке и диалектах «немой» означало не только человека, лишённого дара речи, но и иностранца, который говорит непонятно (отсюда «немцы»). В старину прозвище Немой давали не обязательно глухонемому — так могли назвать молчаливого, неразговорчивого человека или приезжего из чужих земель, чей язык был местным невнятен. Суффикс -ен- в основе (Немен) — это характерный для восточнославянских прозвищ элемент, который смягчал или укорачивал исходное слово (сравните: Косой — Косень, Глухой — Глушень). Таким образом, Немен — это уменьшительная или ласкательная форма от Немой.

Версия о связи с рекой Неман (Немен) выглядит маловероятной. Гидронимы в чистом виде редко становились основой для фамилий с патронимическим суффиксом -ёнок; если бы предок жил на Немане, его скорее назвали бы Неманским или Немановичем. Кроме того, написание через «е» (Немен, а не Неман) указывает на прозвищное происхождение, а не на топоним.

Сословно фамилия Неменёнок, скорее всего, относится к крестьянской или мещанской среде. В среде шляхты и дворянства патронимы на -ёнок почти не встречались — там преобладали фамилии на -ович/-евич или -ский. Неменёнки, вероятно, были выходцами из белорусских или смоленских деревень, где прозвище отца (Немен) закрепилось за его потомками как родовое имя. Сегодня фамилия редкая, её можно встретить в Беларуси, а также среди потомков переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке.