Фамилия Арсеенко построена по типичной украинской модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках в Поднепровье и на Левобережье означал «сын» или «потомок». Арсеенко — буквально «сын Арсея». Такие фамилии массово закреплялись в казацкой и крестьянской среде, а позже разошлись по всей Украине и югу России.

Основа — личное имя Арсей, народная разговорная форма крестильного имени Арсений (от греческого «мужественный»). В быту имя сократили, а суффикс -ей (как в именах Гордей, Евсей, Тимофей) дал форму Арсей. От неё и пошла фамилия. Интересно, что в некоторых говорах существовала и форма Арсенко — от полного имени Арсен, но Арсеенко указывает именно на усечённую версию, где промежуточное -ее- сохраняет связь с исходным «Арсей». Это отличает её от более прямых патронимов.

В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые тоже образовывались от отцовского имени, украинские на -енко не указывали на сословную принадлежность. Носитель фамилии Арсеенко мог быть и крестьянином, и казаком, и мещанином. В реестрах Запорожского войска XVII–XVIII веков подобные фамилии встречаются часто — казаки записывались по отцу, и суффикс -енко был основным способом такой записи. Говорить о дворянском происхождении этой фамилии не приходится: в большинстве случаев она сложилась в народной среде и не попала в гербовники, хотя отдельные носители могли получать личное дворянство по выслуге или заслугам уже в XIX веке.

Сейчас фамилия Арсеенко распространена в центральных и восточных областях Украины, а также среди украинской диаспоры. В России она встречается реже, но не редкость, особенно в регионах, граничащих с Украиной. Словообразовательная модель здесь прозрачна: корень Арс- (от Арсений), суффикс -ей (разговорная форма), затем типичный украинский патронимический суффикс -енко. Это надёжный признак того, что предок носителя носил имя Арсей, а сама фамилия — живое свидетельство того, как в быту укорачивали церковные имена, создавая новые семейные прозвища.