Фамилия Еросенко — яркий пример украинской модели фамилии на -енко, которая означает «маленький», «сын» или «потомок». В основе лежит имя или прозвище Ерос, которое само по себе является производным. Чаще всего Ерос — это народная, разговорная форма канонического имени Иерофей (греч. hieros — «священный» и theos — «бог»). В бытовой речи звуки могли редуцироваться: Иерофей -> Ерофей -> Ерос. Соответственно, Еросенко — это «сын Ероса», то есть потомок человека, которого в крещении нарекли Иерофеем.

Менее вероятная, но допустимая версия ведет к прозвищу Ероха или Ероша, которое на южнорусских и украинских говорах давали неуклюжему, взъерошенному или неопрятному человеку. Слово «ерошить» (ерзать, взлохмачивать) могло породить прозвище Ерос, но в этом случае фамилия носила бы не «сыновью», а прозвищную нагрузку. Однако большинство фамилий на -енко всё же образованы от крестильных имён, поэтому первая версия выглядит убедительнее.

Географически фамилия Еросенко тяготеет к центральным и восточным областям Украины, особенно к Полтавщине и Слобожанщине, где суффикс -енко был основным способом образования фамилий в XVI–XVII веках. В России она встречается реже, чаще всего — в южных регионах, куда переселялись украинские крестьяне и казаки.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые фиксировали принадлежность к роду помещика или боярина, Еросенко — фамилия демократическая, характерная для казацкой старшины, мещан и свободных крестьян. Никакого дворянского или духовного оттенка она не несёт, что подтверждает её массовое бытование в реестрах запорожских казаков.

На письме фамилия может варьироваться: встречается написание через «ё» (Ерёсенко), но это скорее результат русификации, чем исконный вариант. В украинской традиции «Еросенко» сохраняет «е» в корне.