Фамилия Пимоненков — редкий случай, когда суффикс подсказывает географию точнее, чем корень. Формант -енков характерен для южнорусских, особенно украинских и донских говоров: это уменьшительная или патронимическая форма, которая закрепилась в фамилиях переселенцев из Малороссии. В центральной России чаще встречается -енков, но с ударением на последний слог; в случае Пимоненков ударение, скорее всего, падает на третий слог (Пимоне́нков), что выдает южную или западнорусскую основу.

Корень — Пимон — это народная, разговорная форма канонического имени Пимен (от греч. poimen — «пастух», «пастырь»). В русской традиции имя Пимен не было редким, особенно в монашеской среде (вспомним летописца Пимена из «Бориса Годунова»), но в крестьянском быту оно часто упрощалось: Пимон, Пима, Пименка. Соответственно, Пимоненков означает «внук или сын Пимона», то есть потомок человека, которого в обиходе звали Пимоном.

Словообразовательная цепочка проста: имя Пимон → отчество Пимоненко (в украинской традиции) → русифицированная фамилия Пимоненков. Второй шаг — типичная адаптация украинских фамилий на -енко под русскую модель на -ов: так появлялись не только Пимоненковы, но и Гриценковы, Иваненковы, Тарасенковы. Это значит, что предки носителя фамилии с большой вероятностью жили на территории современной Украины, Курской, Воронежской или Ростовской областей, а затем переселились севернее или восточнее.

В отличие от фамилий Пимонов (от той же основы, но с русским суффиксом -ов) или Пименов (от полной церковной формы), Пимоненков — более локальный вариант. Он почти не встречается в старых московских боярских списках, зато фиксируется в казачьих переписях и метрических книгах южных губерний. Если искать однокоренные фамилии, стоит обратить внимание на Пимоненко — исходную украинскую форму, которая до сих пор бытует на Слобожанщине.