Фамилия Герсименко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко. Суффикс -енко, распространённый в центральных и восточных областях Украины, исторически означал «сын» или «потомок» (ср. с русским -ович или польским -ич). В основе фамилии лежит личное имя или прозвище Герсим, которое представляет собой диалектный или фонетический вариант канонического имени Герман.

Имя Герман пришло на Русь из Византии вместе с христианством. В переводе с латыни оно означает «единоутробный», «родной». Однако в народной среде имя нередко искажалось: звук «м» на конце мог заменяться на «н» (отсюда Герман — Герман), а в украинской и южнорусской традиции встречались формы Герсим, Гирсим, Герсимко. Фамилия Герсименко, таким образом, означает «потомок Герсима», то есть сын человека по имени Герсим (Герман).

География фамилии указывает на её украинские корни. По данным современных баз, носители Герсименко встречаются прежде всего в Черниговской, Сумской и Полтавской областях, а также в южных регионах России, куда фамилия попала в ходе миграций XIX–XX веков. Интересно, что фамилия эта довольно редкая: в отличие от массовых Коваленко или Ткаченко, Герсименко сохранила узколокальный характер и не получила широкого распространения.

С точки зрения социального происхождения, суффикс -енко в XVII–XVIII веках был типичен для казачьих и крестьянских фамилий Левобережной Украины. В отличие от польских шляхетских фамилий на -ский, украинские фамилии на -енко закреплялись за простыми сословиями — казаками, мещанами, государственными крестьянами. Поэтому предки носителей фамилии Герсименко, скорее всего, были либо казаками, либо крестьянами Гетманщины, нёсшими службу или работавшими на земле.

В написании фамилии возможны варианты: Герсименко (через «е» в первом слоге) и Гирсименко (через «и»), что отражает особенности украинской орфографии и местных говоров. Однако в русском языке закрепился первый вариант, как более привычный для восприятия.