Фамилия Земенков — это отчество второго порядка, то есть «внучий» патроним: Земенков — сын Земенко, внук Земы. Такая модель образования (основа + уменьшительный суффикс -енк(о) + фамильный суффикс -ов) типична для украинских и южнорусских фамилий, где -енко означало «маленький» или «сын», а затем закрепилось как фамильный показатель.

Основная версия возводит ядро фамилии к имени Зема — народной, сокращённой форме канонического имени Зосима. В переводе с греческого Зосима значит «живой». Имя было широко распространено в старину: в православных святцах значится 15 святых с этим именем, и на Руси верили, что имя святого покровителя принесёт ребёнку благую и светлую жизнь. Таким образом, цепочка выглядит так: Зосима → Зема → Земенко → Земенков.

Есть и вторая, менее вероятная версия: прозвище Земенко могли дать от украинского прилагательного «земний» — «земной, реальный, приземлённый». Так могли назвать человека серьёзного, не склонного к иллюзиям. Однако имя Зосима как источник выглядит убедительнее: в пользу этого говорит распространённость уменьшительной формы Зема и типичность фамилий на -енков, образованных от крестильных имён.

Среди носителей фамилии выделяется Борис Сергеевич Земенков (1903–1963) — художник, поэт и москвовед. Он составил сборник воспоминаний о Москве первой половины XIX века, а также написал путеводители «По чеховским местам в Москве», «Белинский в Москве», «Н.В. Гоголь в Москве» и «М.С. Щепкин в Москве».