Фамилия Дмитриенко образована от канонического имени Дмитрий (церковнославянская форма — Димитрий), которое пришло на Русь из греческого языка. В переводе с греческого Δημήτριος означает «принадлежащий Деметре» — богине земледелия и плодородия в античном пантеоне. Поэтому Дмитриенко буквально понималось как «сын Дмитрия», то есть потомок человека, носившего это имя.

Словообразовательная модель фамилии характерна для украинской и южнорусской традиции: суффикс -енко указывает на «малого» или «сына» (в отличие от великорусских -ов/-ев или -ин). В XVII–XVIII веках такие фамилии закрепились в среде запорожского казачества и мещанства Левобережной Украины, а затем распространились на Слобожанщину и Кубань. Именно в этих регионах фамилия Дмитриенко встречается особенно часто и сегодня.

В отличие от фамилий на -ов (Дмитриев), которые в основном фиксировались у крестьян и духовенства центральной России, Дмитриенко оставалась «малороссийской» по происхождению. Однако в XIX–XX веках, благодаря миграциям, её носители появились по всей территории бывшей Российской империи, а также в диаспорах за рубежом.

Споров о корне фамилии нет: основа прозрачна, и все версии сходятся к имени Дмитрий. Редкие варианты написания в старых метрических книгах (Димитриенко или Дмитренко) отражают лишь местные особенности произношения или неграмотность писаря, но не меняют смысла. Социальный контекст тоже однозначен: в подавляющем большинстве случаев Дмитриенко носили казаки, крестьяне и мещане, а не дворяне — последние чаще оформляли фамилию через польский суффикс -ский (Дмитровский) или оставляли родовое прозвание без изменений.