Фамилия Голисенкова — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а, скорее всего, искажённое или диалектное прозвище. Если отбросить типичный женский суффикс -а, то перед нами мужская форма Голисенков. Её ядро — «Голисенко» или «Голисенок». Такое окончание (-енко, -енок) в русских и украинских фамилиях обычно указывает на «сына» или «молодое существо»: Иващенко — сын Ивана, Волченок — сын волка (охотника на волков). Значит, Голисенков — это «сын того, кого прозвали Голисом» или «сын Голисенка».

Корень «Голис» почти наверняка восходит к слову «голый» — безволосый, лысый, бедный или лишённый растительности. В говорах слово «голис» могло означать не просто лысого человека, а того, кто ходит в обносках, бедняка, или, напротив, прозвище хитрого человека, который «гол как сокол», но умеет выкрутиться. В ономастических словарях, например у Б. Унбегауна, фамилии на -енко с корнем гол- (Голенко, Голиков) разбираются именно как производные от прозвищ, связанных с внешностью или имущественным положением. Спорная версия — связь с именем Голиас (библейский Голиаф), но она маловероятна: фамилия Голисенков встречается в основном в центральных и южных областях России, где библейские имена в такой форме не приживались.

Суффикс -ов в конце (Голисенк-ов) — это уже чисто русский патронимический элемент, который добавили при адаптации фамилии: первоначальная украинская или южнорусская форма Голисенко обрусела, получив стандартное окончание, как у многих переселенцев. Таким образом, носитель фамилии Голисенков — потомок человека, которого в XVI–XVII веках дразнили Голисом: возможно, лысого крестьянина, бедняка или человека с «голым» подбородком (без бороды). Географически фамилия тяготеет к Курской, Белгородской и Воронежской областям, что подтверждает её связь с южнорусским диалектным ареалом, где было много прозвищ на -ис.