Фамилия Кантыпенко принадлежит к распространённому на Украине и в южнорусских областях типу фамилий на -енко. Эта модель, которую ономаст Б. Унбегаун называл «украинской патронимической», в XVI–XVII веках почти вытеснила другие способы образования фамилий среди казачества и крестьянства. Суффикс -енко буквально означает «маленький» или «сын такого-то», поэтому Кантыпенко — это «сын Кантыпы».

Основа фамилии — Кантыпа — явно прозвищного происхождения. Скорее всего, это сложное слово, образованное из двух частей: «кант» (в южных говорах так называли край, кайму, отделку на одежде, а также оковку на инструменте) и «па» (диалектный вариант слова «папа», то есть отец). Прозвище Кантыпа могли дать человеку, который носил одежду с яркой оторочкой, работал с кантом (например, портной, шорник) или просто был известен как «отец с кантом» — в насмешливом или уважительном смысле. Вторая версия: «кант» могло быть сокращением от личного имени Кантемир (распространённого у молдаван и запорожцев), а «па» — детское обращение к отцу, так что Кантыпа — это «Кантемиров сынок» в бытовом пересказе.

Фамилия Кантыпенко довольно редкая и имеет чёткую географическую привязку. По данным современных телефонных справочников и баз переселенцев, основная масса носителей сосредоточена в Полтавской и Черкасской областях Украины, а также в Краснодарском крае России — регионах активного переселения малороссийских крестьян в XIX веке. Это указывает на то, что фамилия не была дворянской или шляхетской: её носили казаки, мещане и государственные крестьяне. В ревизских сказках XVIII–XIX веков Кантыпенко почти не встречаются среди духовенства или купечества.

Интересна орфографическая вариативность: в старых документах можно найти написание «Контыпенко» (через «о»), что отражает акающее произношение южных говоров. Такие колебания — обычное дело для фамилий, которые долго бытовали в устной среде и записывались со слов при переписях. Сегодня написание закрепилось через «а», но в архивах стоит искать оба варианта.