Фамилия Патемкин — один из тех случаев, когда написание обманчиво. На слух она почти неотличима от знаменитой княжеской фамилии Потёмкин, но разница в первой букве меняет всё. Вопреки ожиданиям, искать корни в слове «потёмки» (тьма) здесь неверно: основа фамилии — не «темь», а имя или прозвище.

Словообразовательная модель прозрачна: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), а основа — Патемка. Это уменьшительная форма от канонического имени Пафнутий или от просторечного Потап (каноническое Потапий). В народной речи имя Пафнутий, редкое и труднопроизносимое, часто сокращали до Патя или Патемка. Так же, как Ивана звали Ивашкой, а Петра — Петькой, Пафнутия могли называть Патемкой. Со временем прозвище закрепилось за потомками: «сын Патемки» — Патемкин.

Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с диалектным словом «патемка» — так в некоторых говорах называли небольшой тёмный лесок или чащу. Но для прозвища по месту жительства логичнее было бы окончание -ский (Патемский). Суффикс -ин типичен для «патронимических» фамилий, образованных от личного имени, а не от географического объекта.

Фамилия редкая и встречается преимущественно в центральных областях России, где имя Пафнутий было более распространено благодаря почитанию святого Пафнутия Боровского. В дворянских родословных книгах Патемкины не значатся — это фамилия крестьянская или мещанская, возникшая в среде, где полное имя могли переделать до неузнаваемости. Путаница с «потёмками» возникла позже, уже в письменной фиксации, когда переписчики или сами носители меняли букву под влиянием фамилии великого князя Таврического.