Фамилия Черененко образована по типичной украинской модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках закрепился в Поднепровье и Слобожанщине как обозначение потомка («сын такого-то»). В основе лежит прозвище Черен, которое могло относиться к человеку с тёмными, почти чёрными волосами (от слова «черный»), либо указывать на ремесло — черенщика, мастера, делавшего черенки (рукоятки для ножей, топоров, инструментов). В украинских говорах «черен» также означает черешок листа или плодоножку, но вероятность прозвища по внешнему сходству с растением мала: скорее речь идёт о тёмном цвете или работе с деревом.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает уточнить географию. Черенков — типичная русская форма на -ов, а Черенко (без суффикса) встречается на Полтавщине и Черниговщине. Черененко же тяготеет к юго-востоку Украины, особенно к бывшим землям Войска Запорожского: современные Днепропетровская, Запорожская, Харьковская области. Там в реестрах казаков XVIII века нередко фиксировали прозвища по цвету волос: Чорный, Чорненко — и Черененко стоит в этом же ряду как фонетический вариант, где «ё» или «о» перешло в «е» под влиянием местных говоров.

Фамилия не принадлежала к дворянским родам. Черененко — это потомки казаков или крестьян, получившие фамилию по отцовскому прозвищу. В списках Войска Запорожского за 1756 год встречается казак Черен, а его сын в церковных книгах уже записан как Черененко — типичный сценарий для этой модели.

В написании возможны колебания: Черененко, Черепенко, Черіненко. Последний вариант — результат украинского икавизма (переход «е» в «і»), который встречается в западных регионах. Но основная форма с «е» устойчиво закрепилась в центральной и восточной Украине, где фамилия и сегодня нередка.