Фамилия Анаенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках стала самой массовой на Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко изначально имел значение «маленький, сын кого-то»: Анаенко — буквально «сын Аная». Основа Анай — это народная, разговорная форма крестильного имени Ананий (от древнееврейского Ханания — «Яхве милостив»). В украинской и белорусской среде имена часто усекали и добавляли -ай: Анай, Макай, Гришай. Так Ананий превратился в Аная, а от него образовали фамилию по той же схеме, что и Тарасенко от Тараса.

Вторая возможная, но менее вероятная версия — основа от прозвища Анай, которое могло быть связано с диалектным глаголом «анать» (кричать, звать) или с тюркским «ана» (мать). Однако в этом случае фамилия скорее закрепилась бы в форме Анаев, а не Анаенко. Украинская модель -енко указывает на патроним, то есть на имя отца, поэтому крестильное происхождение выглядит убедительнее.

Географически фамилия Анаенко встречается в основном в центральных и восточных областях Украины — Полтавской, Черкасской, Сумской, а также в смежных районах России, куда переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. В дореволюционных переписях носители фамилии числились в основном среди казаков и государственных крестьян, реже — среди мещан. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Редкость фамилии объясняется тем, что имя Ананий в народе постепенно вытесняли более частые варианты (Анания, Ананий) и полные формы. Анаенко — один из тех патронимов, которые сохранили архаичную, почти забытую форму крестильного имени в бытовом звучании.