Фамилия Двойносенко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, буквально означающий «маленький» или «сын», в XVI–XVII веках активно использовался в Поднепровье, на Слобожанщине и Запорожье для обозначения потомка по имени или прозвищу отца. Со временем такие формы закрепились как наследственные фамилии, и Двойносенко — одна из них.

Основа фамилии — прозвище Двойнос или Двойноса. В его корне лежит числительное «два» или прилагательное «двойной». Наиболее вероятное объяснение: так могли прозвать человека, у которого было что-то сдвоенное, парное. Например, родившегося с двумя одинаковыми родимыми пятнами, сросшимися пальцами или даже близнеца (хотя для обозначения близнеца в украинских фамилиях чаще использовали корень «близн-»). Вторая версия — прозвище могло относиться к человеку, имевшему двойную, то есть двойственную, хитрую натуру, или к тому, кто носил двойное имя (например, Иван-Марья).

Менее распространённая, но возможная гипотеза связывает корень с профессиональной сферой. В ремесленной среде «двойником» могли называть подмастерье, который работал за двоих, или мастера, делавшего предметы «двойной» прочности. Однако в отличие, скажем, от фамилии Двойников, где суффикс -ов прямо указывает на принадлежность к лицу с таким прозвищем, окончание -енко подчёркивает именно сыновью связь: Двойносенко — это «сын Двойноса».

Интересно, что фамилия Двойносенко сохранила архаичную, более полную форму прозвища. В русской традиции подобные основы часто «усекались» суффиксами -ов/-ев (Двойнов), тогда как украинская модель -енко донесла до нас исходное прозвище почти без изменений. Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины, встречается в Черкасской, Полтавской и Сумской областях. В дореволюционных метрических книгах носители Двойносенко числились преимущественно среди казаков и государственных крестьян, что типично для фамилий этой модели — они не были дворянскими, но и не принадлежали к самым низам.