Фамилия Фаменко — яркий пример украинской модели образования с суффиксом -енко. Этот суффикс в XVI–XVII веках закрепился в Поднепровье и Слобожанщине как главный показатель родства: сначала он означал «сын такого-то» (Фаменко = сын Фамы), а позже превратился в фамилию, утратив прямое отчество. В отличие от русских -ов/-ев или польских -ский, -енко указывает на восточноукраинское происхождение и часто встречается у потомков казаков и мещан.

Основа фамилии — личное имя Фама. Это некалендарная, разговорная форма от канонического Фома (апостол Фома, в народе — Фома неверующий). В украинской среде имя Фома давало целый ряд уменьшительных: Фомка, Фомко, Фама, Фамко. Фаменко, таким образом, буквально значит «Фомин сын» или «потомок Фомы». Аналогично образованы Фоменко, Фомин, Фомов — но Фаменко сохранило именно ту форму, где корень перешел в «Фам-» через аканье или диалектное произношение.

Встречается фамилия в основном на территории современной Украины, особенно в Полтавской, Черкасской и Киевской областях. Поскольку -енко — фамильный суффитоконечник, к XIX веку Фаменко закрепилась как наследственная, а не отчество. Носители могли быть выходцами из крестьянской или казацкой среды — в реестрах Запорожского войска подобные фамилии на -енко встречаются сплошь и рядом. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что типично для поздних, народных по происхождению фамилий.

Редкость фамилии в том, что она не перешла в массовый вариант Фоменко, а сохранила старую диалектную огласовку. Это делает Фаменко ценной для ономастики: она показывает, как в одном гнезде (Фома) могли сосуществовать разные произносительные традиции.