Фамилия Холоменко — типичный пример украинской модели фамилии на -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в Украине, изначально означал «сын» или «потомок»: Холоменко — сын Холомы. Поэтому первую половину фамилии стоит искать в прозвище или имени Холома.

Самая прямая и правдоподобная версия связывает основу «холом» с украинским словом «холод». В диалектах и народной речи «холома» могло означать нечто холодное, стылое, либо человека зябкого, мёрзлявого. В словаре украинского языка Бориса Гринченко зафиксировано слово «холом» в значении «холод», а также производные вроде «холомний» — холодный. Таким образом, прозвище Холома мог получить либо тот, кто постоянно мёрз, либо, иронично, человек с ледяным характером.

Менее очевидная, но возможная версия — связь с польским «chołoma» (голод, нищета) или с чешским «chlad» (холод). В любом случае, корень тяготеет к семантике холода и лишений. Есть и гипотеза о происхождении от личного имени типа Холомей (народная форма от Варфоломей), но она менее убедительна: при таком варианте мы бы ожидали фамилию Холомейченко или Холомеенко, а не Холоменко.

С суффиксом -енко фамилия прочно привязана к территории современной Украины. Скорее всего, предки носителей фамилии жили в центральных или северных регионах — на Полтавщине, Черниговщине, Киевщине, где такие фамилии особенно массово формировались в XVI–XVII веках. Сословно это были, вероятнее всего, казаки или крестьяне: суффикс -енко характерен именно для этих групп, в отличие от дворянских фамилий на -ов/-ев.

В написании фамилии стоит обратить внимание на безударное «о» в первом слоге. На слух фамилию часто произносят как «Ха-ламенко», но исторически и орфографически корень сохраняет «о». Встречаются варианты написания через «а» (Ха-), но они считаются ошибочными и не передают исконную форму.