Фамилия Голишенко образована по восточноукраинской модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках означал «сын» или «потомок». Основа здесь — Голиш, краткая форма от крестильного имени Голий или от прозвища Голиш. В украинской ономастике суффикс -енко стал массовым на Левобережье и Слобожанщине, поэтому Голишенко — типичная фамилия для Полтавской, Сумской или Харьковской областей.

Само имя Голий — редкая народная форма от канонического Агапий или Галактион, но чаще всего Голиш — это прозвище. В говорах «голиш» означало бедняка, человека без имущества, «голого» в переносном смысле. Встречалось и прямое значение — «голыш», ребенок или подросток, который ходил без одежды. Так могли прозвать небогатого крестьянина, батрака или человека с простой, открытой душой.

Словообразовательная модель проста: основа Голиш плюс суффикс -енко. Ударение в фамилии падает на второй слог — Голи́шенко, хотя в разговорной речи иногда смещается на третий. Вариант написания с буквой «и» в корне (а не «ы») указывает на украинское происхождение: в русских фамилиях на -енко та же основа выглядела бы как Голышенко, но такая форма почти не фиксируется.

В документах XVIII–XIX веков носители фамилии встречаются в основном среди казацкой старшины и крестьян Черниговщины. Например, в ревизских сказках 1782 года по Глуховскому уезду записаны Голишенки — казаки без лошадей, то есть пешие. Это подтверждает прозвищную версию: предки были людьми небогатыми, но свободными.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Голик, Голиков, Голышев — показывает, что Голишенко стоит особняком: суффикс -енко привязывает её к украинской традиции, а не к великорусской. Встречаемость фамилии сегодня невысокая, она сосредоточена в Украине и южных областях России, куда переселялись украинцы в XIX веке.