Фамилия Головенченко — яркий пример украинской модели образования фамилий с суффиксом -енко. Этот суффикс, означающий «маленький» или «потомок», в XVI–XVII веках был главным маркером фамилии на территории современной Украины и юга России. В основе фамилии лежит прозвище Головенко — уменьшительная форма от слова «голова». Носитель такого прозвища мог быть человеком с крупной или необычной головой, либо же прозвище имело переносный смысл: так могли назвать умного, «головитого» человека, а иногда — наоборот, с иронией.

Ключевая особенность Головенченко — двойной суффикс: сначала -енк(о), а затем ещё раз -енк(о). Это редкая, но известная в украинской антропонимии конструкция. Она означает, что фамилия образована от уже существовавшей фамилии или прозвища Головенко. То есть предок носителя фамилии был сыном (или внуком) того самого Головенка. Такое «наращивание» суффиксов встречалось в основном в Левобережной Украине (Полтавщина, Черниговщина) и в слобожанских казачьих родах, где фамилии нередко закреплялись через поколения.

По сословной принадлежности Головенченко — типичная казацкая или крестьянская фамилия. Дворянских родов с таким окончанием почти не было: суффикс -енко оставался простонародным, в отличие от фамилий на -ов или -ский, которые чаще принимали при получении шляхетства. В реестрах Запорожского войска и в переписях Гетманщины фамилии с двойным -енко изредка фиксируются, хотя встречаются реже, чем простые «одноэтажные» варианты.

Фамилия однозначно украинская по происхождению, хотя сегодня её носители живут по всей России и в Беларуси. Однокоренные фамилии — Головенко, Головин, Голованов, Головко — различаются суффиксами и географией: Головко тоже украинская, но без двойного суффикса, а Голованов — великорусская, с патронимическим -ов. Если сравнивать, Головенченко — самая «длинная» и конкретная в смысле родства: она прямо указывает на потомка по имени или прозвищу Головенко.