Фамилия Антосенко — типичный пример украинской модели фамилий на -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской ономастике, изначально имел значение «маленький», «сын» или «потомок». Таким образом, Антосенко дословно означает «маленький Антон» или, что точнее, «сын Антона». Это отчество, которое со временем закрепилось в качестве родового имени.

В основе фамилии лежит крестильное имя Антон — русская форма латинского имени Antonius (в римской традиции — родовое имя). В христианский календарь имя вошло благодаря почитанию святых Антониев, самый известный из которых — Антоний Великий, основатель пустынножительства. В украинской народной традиции имя имело множество производных форм: Антось, Антін, Тоник, и от любой из них могла быть образована фамилия, но «Антосенко» прямо восходит к полной форме.

Географически фамилия Антосенко преимущественно распространена на левобережной Украине — в Черниговской, Сумской, Полтавской областях, а также в прилегающих районах России (Брянская, Курская области). Это зона расселения, где украинский суффикс -енко исторически был доминирующим, в отличие от западноукраинских земель, где чаще встречались фамилии на -ук или -ів.

Интересная деталь: в русских документах XVIII–XIX веков фамилию могли записывать как Антосенков, русифицируя окончание по образцу «-ов». Однако в украинской среде она сохранила свою исходную форму. Встречается и вариант ударения: 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, что неудивительно: суффикс -енко редко встречался в высших сословиях. Если предки носили фамилию Антосенко, то с высокой вероятностью они были свободными сельскими жителями или реестровыми казаками Гетманщины.