Фамилия Арцаенко — один из тех случаев, когда суффикс сразу выдаёт происхождение. Типичный украинский формант -енко в XVI–XVIII веках работал как главный маркер родства: он означал «сын» или «потомок» на землях Речи Посполитой, а затем и в Малороссии. В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, которые часто фиксировали принадлежность помещику, южнорусская модель -енко была демократичнее и крепче держалась в среде крестьян, казаков и мещан.

Основа фамилии — личное имя или прозвище Арцай (реже Арца). Скорее всего, это народная, усечённая форма крестильного имени Арсений или Артемий. В украинской традиции церковные имена охотно резали на слух: Арсений превращался в Арса, Арцю, а уже от них спокойно образовывали отчества. Арцаенко — буквально «сын Арцая». Такая модель работала безотказно: если человека в быту звали Арцаем, то его дети автоматически становились Арцаенками.

Вторая версия, менее вероятная, но не исключённая, — тюркский след. Слово «арца» или «арса» в некоторых тюркских языках означало «чистый», «светлый» или даже отсылало к названию народа (например, арса — одно из средневековых названий предков эрзя). Однако для фамилии с суффиксом -енко такая этимология спорна: формант прочно привязан к славянской антропонимической модели, и если бы основа была заимствована, её бы сначала адаптировали как прозвище (Арцай), а уже потом образовывали отчество. Прямой перенос тюркского корня в эту схему маловероятен.

Особенность фамилии — её редкость. В базах данных и телефонных справочниках Арцаенко встречается единично, что говорит о локальном бытовании, скорее всего в центральных или восточных областях Украины. Фамилия не попала в массовые казацкие реестры XVII века, но могла возникнуть позже, в среде крестьян или мещан. Социально предки Арцаенко — скорее всего, свободные земледельцы или ремесленники: фамилии на -енко у дворянства встречались реже, чем у простого люда. Если основа действительно от Арсения, то носитель фамилии — потомок человека, которого в церковном обиходе звали Арсением, а в быту — Арцаем.