Фамилия Донсёнок — редкий пример восточнославянской модели, где к основе присоединился белорусский или украинский уменьшительный суффикс -ёнок. В русской традиции чаще встречается -онок (бочонок, мышонок), но в фамилиях именно -ёнок указывает на малороссийское или белорусское происхождение: отсюда Ковалёнок, Дроздёнок, Бобрёнок. В данном случае суффикс означает «маленький» или «сын»: Донсёнок — буквально «маленький Донс» или «сын Донса».

Основа Донс- почти наверняка прозвищная, а не топонимическая. Соблазнительно связать её с рекой Дон, но для этого основа была бы Дон- или Донской. Суффикс -с- здесь выполняет иную роль. Вероятнее всего, перед нами усечённая форма от имени Донат (лат. Donatus — «дарованный») или от редкого канонического имени Домн (от лат. dominus — «господин»). В бытовой речи такие имена сокращали: Донат — Доня, Донс; Домн — Доня, Донс. Прозвище Донс мог получить человек с таким именем, а его дети стали Донсёнками.

Менее правдоподобная, но возможная версия — связь с диалектным глаголом «донсать» (в некоторых говорах — «качать», «зыбать»). Если прозвище Донс закрепилось за человеком с характерной походкой или за тем, кто укачивал детей, то фамилия могла бы означать «сын качающего». Однако эта версия слабее: глагол редок и не имеет широкой фиксации в ономастических словарях.

Географически фамилия тяготеет к западным областям — Брестчина, Гродненщина, а также к украинскому Полесью. В российских переписях она почти не встречается. Социальный контекст типичен для крестьянских фамилий на -ёнок: они возникали поздно, в XVIII–XIX веках, когда фиксировали потомков по имени или прозвищу отца. Дворянских родов с таким окончанием практически не бывает.

В написании возможны варианты: Донсёнок, Донсенок, Донсёнков (под влиянием русской канцелярской нормы). Но исходная форма именно с -ёнок — она сохраняет живую народную модель, где фамилия ещё помнит, что её носитель — чей-то сын.