Фамилия Думенко образована по распространённой в украинских и южнорусских землях модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках означал «сын» или «потомок», а со временем закрепился как фамильный. В основе лежит прозвище Дума. В народной среде так могли назвать человека вдумчивого, рассудительного, грамотного — того, кого уважали за ум и способность дать дельный совет. В украинской традиции у слова «дума» был и другой смысловой оттенок: так называли эпические песни-плачи о казацкой доле, которые исполняли кобзари. Поэтому не исключено, что прозвище Дума мог получить сказитель или певец, слагавший и исполнявший такие думы. Позже прозвище заменило собой личное имя и в документах, и в быту, а потомки носителя стали писаться как Думенко — то есть буквально «сын Думы». Фамилия встречается преимущественно на Украине и в прилегающих областях России, что подтверждает её происхождение в среде украинского казачества и крестьянства. В официальных сословных переписях фамилия фиксировалась в основном среди мещан и казаков, реже — среди крестьян.