Фамилия Варламкин образована от имени Варламка — просторечной формы крестильного имени Варлаам. Варлаам — имя древнееврейского происхождения, означающее «сын народа» или «сын Божий», но в русской традиции оно давно утратило прямую связь с исходной семантикой и бытовало как обычное личное имя, особенно в монашеской среде и среди простых людей.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Варлам- добавлен уменьшительный суффикс -к- (Варламка) и притяжательный суффикс -ин, указывающий на принадлежность: «чей?» — Варламкин, то есть сын или потомок Варламки. Суффикс -ин, а не -ов, характерен для фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а, -я. Это одна из самых распространённых моделей в северных и центральных областях России.

Интересная деталь: в отличие от фамилии Варламов, которая прямо восходит к полной форме имени, Варламкин фиксирует именно обиходный, «домашний» вариант. Это указывает на то, что предок носителя фамилии был не просто Варлаамом, а именно Варламкой в кругу семьи или соседей. Такие формы часто закреплялись в фамилиях у крестьян и мещан, где имя в уменьшительно-ласкательной форме было повседневным.

Встречается фамилия преимущественно в центральной России и Поволжье, но не относится к числу широко распространённых. В дореволюционных переписях Варламкины записаны в основном как крестьяне или мещане — сословия, где фамилии чаще всего образовывались именно от уменьшительных имён, а не от полных календарных форм.

Ономасты, в частности Б. Унбегаун, относят подобные фамилии к группе «полуотчеств»: они фиксируют не имя отца, а его обиходное прозвище по имени, что делает их ценным свидетельством живой речи прошлого.