Фамилия Буренко образована по распространённой в украинской и южнорусской ономастике модели с суффиксом -енко, который первоначально означал «сын» или «потомок». В основе фамилии лежит прозвище Буреня, которое, скорее всего, восходит к прилагательному «бурый» — цвет кофейный, коричневый, ореховый, искрасна-черноватый. Такое прозвище могли дать человеку по цвету волос, кожи или по масти скота, за которым он ухаживал. В крестьянском быту «бурёнкой» часто называли корову бурой масти, поэтому прозвище могло закрепиться за пастухом или скотоводом.

Интересно, что в отличие от фамилий на -ов/-ев, которые преобладают в северной и центральной России, суффикс -енко типичен для украинской традиции и земель, входивших в Речь Посполитую. Это указывает на возможное происхождение рода из черниговских, полтавских или харьковских земель, где такие фамилии фиксировались уже в XVII веке. Позже прозвище Буреня, изначально присоединённое к наследственному имени, полностью заменило его как в повседневной жизни, так и в официальных документах.

Словообразовательная цепочка проста: от «бурый» через прозвище Буреня к фамилии Буренко. Родственные фамилии — Буренин, Буров, Буренков — различаются суффиксами, но восходят к одному корню. При этом Буренко — самая компактная форма, без дополнительных суффиксов притяжательности, что характерно для украинской модели. В русских говорах слово «буреня» могло означать и ворчуна, и угрюмого человека, но это значение менее вероятно, так как цветовая основа яснее и встречается чаще.