Фамилия Атаманенко образована по распространённой украинской модели с суффиксом -енко. В XVI–XVII веках этот суффикс означал «малый», «сын» или «потомок»: Атаманенко — буквально «сын атамана» или «потомок того, кого прозвали Атаманом».

В основе прозвища Атаман лежит нарицательное «атаман» — предводитель шайки, вольницы; затем — выборный старшина, глава казачьей общины. В казачьей среде атаман был не просто должностью, а символом власти и высшего сословия войска. Поэтому фамилия Атаманенко напрямую указывает на социальное положение предка: её мог получить либо сын атамана, либо человек, который заслужил такое прозвище за властный нрав, лидерские качества или службу.

Интересно, что прозвище Атаман нередко полностью заменяло наследственное имя в повседневной жизни и официальных документах. Со временем оно закрепилось в качестве родового имени, а суффикс -енко превратил его в фамилию. В отличие от русских фамилий на -ов (Атаманов), украинская модель -енко подчёркивает не принадлежность отцу, а именно происхождение от носителя прозвища. Это делает фамилию Атаманенко типичным примером южнорусской и украинской ономастики.

Встречается фамилия преимущественно на территории Украины, особенно в центральных и восточных областях, а также в среде казачества Кубани и Дона, куда переселялись украинцы. Редкие варианты написания — Атаманэнко (под влиянием польской графики) или Атаманенков (обрусевшая форма).