Фамилия Величенков образована от прозвища или имени Величко. Это уменьшительно-ласкательная форма от прилагательного «великий» — в древнерусском языке слово означало не только «огромный по размеру», но и «знатный», «могущественный», «старший по положению». Имя Величко давали либо крупному, рослому человеку, либо с оттенком уважения — как пожелание стать большим и сильным. Встречается и другая версия: Величко могло быть производным от канонического имени Велимир или Велислав, но это менее вероятно, так как славянские двуосновные имена в крестьянской среде чаще сокращали до первой части.

Суффикс -енков указывает на восточноукраинское или южнорусское происхождение. В отличие от стандартного русского -ов/-ев, форма на -енков характерна для фамилий, сложившихся на землях бывшей Слобожанщины (современные Харьковская, Сумская области Украины, а также юг России — Белгородская, Воронежская, Курская области). Там патронимические фамилии часто образовывали от имени отца через суффикс -енко, а при русификации добавляли окончание -в. Так Величенко превратилось в Величенков: «чей сын?» — Величенков, то есть потомок Величка.

В документах XVII–XVIII веков фамилия встречается среди казацкой старшины и реестровых казаков. Например, в ревизских сказках 1782 года по Харьковскому наместничеству упоминаются Величенковы — однодворцы и войсковые обыватели. Это были не крепостные, а свободные земледельцы, нёсшие пограничную службу. Позже, с отменой крепостного права, фамилия расселилась шире, но её ядро по-прежнему в Белгородской и Воронежской областях.

Однокоренные фамилии — Великов, Величенко, Величкин, Величаев — различаются только суффиксами, но все восходят к той же основе «велик-». Величенков выделяется среди них именно моделью на -енков, которая сразу выдаёт регион происхождения: если вы встретили человека с такой фамилией, скорее всего, его корни — с юга России или востока Украины.