Фамилия Анатиенко звучит как типично украинская, и почти наверняка такой она и является. Её выдает суффикс -енко, который в XVII–XVIII веках был главным маркером украинской фамилии, обозначая потомка по отцу («чей сын?» — Анатиев). Однако с корнем всё сложнее: в украинском и русском языках нет общеупотребительного слова «анатий» или «анатя». Это заставляет искать другие пути.

Самая вероятная версия — что в основе лежит имя Анатолий. В народной, разговорной речи оно часто сокращалось до форм вроде Анат, Анатя, Анатий. От такого прозвища или уменьшительного имени Анатий и пошла фамилия Анатиенко — «сын Анатия», то есть Анатолия. Это очень распространённая модель: так же появлялись фамилии Иващенко (от Ивась), Тимошенко (от Тимош, Тимофей), Павленко (от Павло). Поддерживает эту версию и то, что фамилия встречается в центральных и восточных областях Украины, где имя Анатолий всегда было популярным.

Менее убедительно выглядит связь с греческим словом анатима («анафема», «проклятие») или с тюркским корнем ана («мать»). В первом случае фамилия получила бы слишком мрачную окраску, что для прозвища маловероятно, а во втором — непонятен суффикс -тий, который нехарактерен для тюркских заимствований в украинском языке. Поэтому версия с именем Анатолий остаётся основной.

За пределами Украины фамилия встречается редко, что подтверждает её локальное происхождение. Носители Анатиенко, скорее всего, потомки крестьян или казаков из Поднепровья или Слобожанщины, где фамилии на -енко закрепились массово. Сословных перегородок эта модель не знала: «енко» носили и сельские старосты, и рядовые казаки, и мещане.