Фамилия Касименко — яркий пример украинской модели фамилии на -енко, которая в XVII–XVIII веках закрепилась в казацкой среде как патроним, указывающий на сына или потомка человека с определённым именем или прозвищем. Суффикс -енко характерен для Левобережной и Слободской Украины, и его массовое появление в реестрах Войска Запорожского позволяет с высокой вероятностью предположить, что предок носителя этой фамилии был казаком или крестьянином из этих регионов.

Основа фамилии — «Касим» — восходит к арабскому имени Касим (в русской традиции часто передаётся как Касим или Касьян). Имя означает «распределяющий» или «разделяющий» и широко распространено у тюркских и кавказских народов, а также в исламской среде. Однако в контексте украинской ономастики не стоит искать прямую этническую связь: имя Касим могло попасть в украинское именослов через татарские контакты, торговлю или военные походы. В XVII веке на Украине фиксируются как крещёные татары, так и православные с такими именами, поэтому Касименко — это, скорее всего, потомок человека, которого в крещении могли назвать Касьяном, а в быту — Касимом.

Словообразовательная модель проста: от основы Касим с помощью суффикса -енко образован патроним, который со временем перестал быть указанием на родство и закрепился как наследственная фамилия. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев (типа Касимов), которые чаще указывали на принадлежность к владельцу поместья или географическому названию, украинские фамилии на -енко почти всегда означают «чей-то сын» и несут более личную, семейную историю.

Географически фамилия Касименко встречается преимущественно в центральных и восточных областях Украины — в Черкасской, Полтавской, Кировоградской областях. В России она редка и, как правило, принадлежит потомкам переселенцев из Малороссии. Встречаются варианты написания с одной «с» (Касименко) или с удвоенной (Кассименко), но исторически более достоверна форма с одной «с», так как украинские переписчики редко удваивали согласные в фамилиях.

В ономастической литературе фамилия не получила особого внимания, но её разбор вписывается в общие закономерности, описанные, например, в работах Б. Унбегауна по русским и украинским фамилиям: она типична для восточнославянской модели, где тюркское имя адаптируется к местной грамматике без изменения корня.