Фамилия Племянников происходит от прозвища Племянник, которое восходит к нарицательному «племянник». Так называли мальчика или мужчину по отношению к его дяде или тёте — сына брата или сестры, а также сына брата или сестры супруга или супруги. Потомок человека с таким прозвищем со временем получил фамилию Племянников.

Прозвище Племянник могло закрепиться за человеком по разным причинам. Чаще всего так называли мальчика, который рос в доме дяди или тёти без отца, либо того, кто постоянно находился при родственниках. В крестьянской среде, где семьи были большими, а родственные связи играли важную роль, такое прозвище было естественным и понятным. Иногда его давали взрослому мужчине, чтобы отличить его от другого родственника с тем же именем, или же человеку, который жил у дяди и помогал по хозяйству.

Фамилия образована по стандартной для русских фамилий модели: к основе Племянник прибавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность. Буквально фамилия означала «сын Племянника» или «из рода Племянника». Такая модель с притяжательным суффиксом была самой распространённой в центральной России и на севере, поэтому фамилия Племянников встречается в разных регионах, но чаще всего в тех местах, где были сильны традиции большой патриархальной семьи.

Родственные фамилии — Племянников, Племянничков, Племяшов, Племянкин. Все они образованы от одного корня, но с разными уменьшительными или дополнительными суффиксами. Форма Племянников — самая частая, она закрепилась в документах как официальная, тогда как Племяшов и Племянкин могли возникать в разных говорах, где «племяш» звучало естественнее, чем книжное «племянник».

В старину прозвище Племянник не считалось обидным или уничижительным — оно просто описывало положение человека в родственной иерархии. В описях и переписных книгах XVII века встречаются крестьяне и посадские люди с таким прозвищем, но конкретных исторических личностей, от которых пошла бы вся фамилия, назвать нельзя: она возникала в разных местах независимо, у разных людей. Поэтому говорить об одном общем предке Племянниковых не приходится — фамилия многократно рождалась заново там, где жил человек с прозвищем Племянник.

Сейчас фамилия Племянников не слишком распространена, но и не редка. Её носители живут по всей России, и, хотя связь с конкретным прозвищем давно забыта, сама фамилия сохранила память о том, что когда-то предка называли по родственной роли — племянником.