Фамилия Кацаренко образована от прозвища Кацар, и её происхождение неоднозначно. Основная версия связывает основу «кацар» с ивритским словом, означающим «короткий». Если это так, то прозвище указывало на внешнюю особенность — невысокий рост родоначальника фамилии. Такие прозвища по физическим признакам были распространены у многих народов, и в данном случае они могли закрепиться в среде, где иврит или идиш были языками общения.

Существует и топонимическая гипотеза. В Латвии, в регионе Латгале, есть населённый пункт Кацари (волость Свариню, район Краславас). Прозвище Кацар могло возникнуть у человека, который оттуда родом или жил там. Эта версия объясняет географическую привязку фамилии к восточноевропейскому региону, где веками соседствовали балтийские, славянские и еврейские общины.

Фамилия построена по типичной для украинского и белорусского ономастикона модели с патронимическим суффиксом -енко. Он означает «сын» или «потомок»: Кацаренко — буквально «сын Кацара». Такая модель была особенно продуктивна в Поднепровье и Левобережной Украине в XVI–XVIII веках, но встречается и в других славянских землях.

Учитывая обе версии, можно предположить, что предок носителя фамилии Кацаренко говорил на идише или иврите (если верна первая версия) либо происходил из латгальского местечка Кацари (если верна вторая). Спор между этими гипотезами не решён окончательно, но лингвистически более прозрачна версия с ивритским корнем — она не требует привлечения малоизвестного топонима. Однако и топонимический вариант имеет право на существование, особенно если учесть, что в Латгале исторически жили еврейские общины, а сами названия поселений нередко имеют семитские корни.

Фамилия Кацаренко — редкий пример, когда прозвище могло одновременно нести и указание на рост, и на место рождения. В любом случае, её носители могут связывать свою родословную с восточноевропейским еврейством или с балтийским регионом.