Фамилия Письменков образована от прозвища или нецерковного имени Письменко. В основе лежит слово «письмо» в его старом значении — не только послание, но и сам процесс письма, грамота, а также документ. Суффикс -енк- (в форме Письменко) характерен для украинской и южнорусской традиции: так называли человека по роду занятий или отличительному признаку. Письменко — это, скорее всего, грамотный человек, умеющий читать и писать, что в допетровской Руси было редкостью и выделяло человека среди соседей. Владеть грамотой могли дьячки, подьячие, переписчики книг или приказные люди. В дальнейшем фамилия Письменков закрепилась в русской среде с помощью патронимического суффикса -ов, указывающего на принадлежность («чей?» — сын Письменка).

В отличие от более частых фамилий Писарев или Письмак, Письменков сохраняет в основе именно действие, а не должность. Вариант Письменко до сих пор бытует на Украине, а Письменков встречается в основном в центральных и южных областях России. Встречается и редкая параллельная форма — Письменковский, но она уже связана с топонимом или дворянским родом.

Спорных версий происхождения у фамилии немного. Иногда её ошибочно связывают с «письменный» в значении «писаный красавец» — но это народная этимология, не подтверждённая ономастами. Словарь Б. Унбегауна относит модель на -енко к числу типично украинских, а добавление русского суффикса -ов — к позднейшей русификации фамилий переселенцев. Таким образом, предки современных Письменковых с большой вероятностью были грамотными людьми низшего служилого или церковного сословия, возможно, из числа казачьей старшины или сельских дьячков.