Фамилия Голованенко образована по типичной для украинских и южнорусских земель модели: к основе прозвища Голован добавили суффикс -енко. Этот суффикс в XVI–XVII веках означал «сын» или «маленький», «потомок», то есть Голованенко — буквально «сын Голована». Такая модель была особенно распространена в казацкой среде, где фамилии часто фиксировали родство по отцу и передавались из поколения в поколение, окончательно вытеснив прежние именования.

Прозвище Голован восходит к слову «голова». В старину так могли назвать человека с большой или заметной головой, но не только за внешность. В славянской традиции прозвища от частей тела нередко имели переносный смысл: «голова» ассоциировалась с умом, руководством, старшинством. Поэтому Голован мог быть не просто большеголовым, а, например, главой семьи, старостой, выборным лицом — тем, кто «в головах» у общины. Встречалось и ироничное употребление: так могли прозвать человека за важность или, наоборот, за недальновидность, смотря по контексту.

С точки зрения словообразования фамилия Голованенко стоит в ряду однокоренных: Голованов, Голованчиков, Головань. Но именно форма на -енко выдаёт её южное происхождение. В документах XVII–XVIII веков подобные фамилии часто встречаются среди реестровых казаков и мещан Левобережной Украины, а также среди переселенцев на Слобожанщину. Позже, с отменой крепостного права и миграциями, носители фамилии распространились по всей Российской империи.

Географически фамилия Голованенко и сегодня чаще всего встречается в Украине, особенно в центральных и восточных областях, а также в приграничных регионах России — Белгородской, Воронежской, Ростовской областях. Это подтверждает её локальные корни: основная масса носителей осталась в тех же местах, где фамилия сформировалась несколько столетий назад.

Если говорить о социальном контексте, то Голованенко — типичная фамилия крестьянского и казачьего сословия. Она не относится к дворянским или аристократическим, но её носители могли быть как рядовыми общинниками, так и выборными атаманами — в зависимости от того, какое именно значение вкладывалось в прозвище Голован у конкретного рода.