Фамилия Антосенко — один из самых наглядных примеров украинской модели фамилий на -енко. Этот суффикс, самый распространённый в украинской ономастике, изначально означал «маленький», «сын» или «потомок». Если переводить дословно, Антосенко — это «сын Антона». Отчество, закрепившееся как родовое имя.

В основе лежит крестильное имя Антон — русская форма латинского родового имени Antonius. В христианский календарь оно вошло благодаря почитанию святых Антониев, самый известный из которых — Антоний Великий, основатель пустынножительства. В украинской народной традиции имя давало множество производных: Антось, Антін, Тоник. Фамилия могла возникнуть от любой из них, но «Антосенко» прямо восходит к полной форме, что несколько реже для украинской среды, где предпочитали уменьшительные основы.

Географически фамилия Антосенко закрепилась на левобережной Украине — Черниговская, Сумская, Полтавская области, а также в прилегающих районах России, Брянской и Курской. Это зона расселения, где суффикс -енко исторически доминировал, в отличие от западноукраинских земель с их фамилиями на -ук или -ів. В русских документах XVIII–XIX веков фамилию могли записывать как Антосенков, русифицируя окончание по образцу «-ов», но в украинской среде она сохранила исходную форму.

Встречается и разное ударение: в одних семьях говорят Анто́сенко, в других — Антосе́нко. Второй вариант, с ударением на «е», более характерен для южных и восточных говоров Украины. По сословной принадлежности носители фамилии почти всегда были крестьянами или казаками. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — суффикс -енко редко встречался в высших сословиях. Если предки носили фамилию Антосенко, с высокой вероятностью они были свободными сельскими жителями или реестровыми казаками Гетманщины. Фамилия не даёт оснований для споров: её происхождение прозрачно, а словообразовательная модель — одна из самых типичных для восточноукраинского антропонимикона.