Фамилия Илиенко образована по распространённой украинской модели от имени Илия. Это церковная форма древнееврейского имени Элияху, которое означает «мой Бог — Господь» или «мой Бог — Бог истинный». В быту имя чаще звучало как Илья, но в документах и при крещении использовали именно канонический вариант Илия.

Суффикс -енко типичен для восточной Украины и указывает на происхождение от отца или предка: Илиенко — буквально «сын Илии» или «потомок Илии». Такие фамилии закрепились в XVI–XVII веках среди казачества и крестьянства Левобережья.

Иногда фамилию путают с Ильенко (от Илья) или Ильин (от Ильин), но разница принципиальна: Илиенко сохраняет церковнославянскую форму основы, что может говорить о связи предков с духовным сословием. В реестрах Запорожского войска встречаются носители фамилии, что подтверждает её украинское происхождение.

Географически фамилия чаще всего фиксируется в Черниговской, Полтавской и Сумской областях, а также на Кубани, куда переселялись украинские казаки. В современной России фамилия редкая, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска.