Фамилия Хвороостенко — редкий случай, когда двойное «о» в корне не опечатка, а историческое наслоение. В документах XIX — начала XX века эта фамилия встречается в двух написаниях: «Хворостенко» и «Хвороостенко», причем второй вариант фиксирует народное произношение с растянутым гласным. В основе лежит прозвище Хворост — так в южных говорах называли сухие ветки, хворост, а также человека сухого, худого или шумного, «трескучего». Украинский суффикс -енко указывает на происхождение: «сын Хвороста», то есть потомок человека с таким прозвищем.

Интересно, что фамилия почти не встречается в центральных губерниях России, зато плотно привязана к территории бывшей Слобожанщины — современные Харьковская, Сумская области Украины и прилегающие районы Белгородской и Воронежской областей. Это неудивительно: модель на -енко доминирует именно в украинской ономастике, а прозвища от бытовых предметов и природных явлений там типичны. В переписях XVIII века носители фамилии фигурируют как казаки и крестьяне, часто — в реестрах Изюмского и Харьковского полков.

Словообразовательный разбор прост: корень хворост- (древнерусское «хворостъ» — сушняк, мелкий лес), суффикс -енк- (уменьшительно-патронимический), окончание -о. Удвоение «о» в первом слоге — результат гиперкоррекции: писарь на слух записывал протяжное «хвороо-» как две буквы, хотя этимологически там одна. Вариант Хворостенко (с одним «о») — более правильный с точки зрения исторической нормы, но двойное написание закрепилось в ряде семей как официальное.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Хворостов, Хворостинин, Хворостенко — показывает, что Хвороостенко стоит особняком: это единственная форма с патронимическим суффиксом, которая прямо указывает на сыновью связь, а не на принадлежность роду или поместью. Носитель такой фамилии в XVIII веке — скорее всего, потомок запорожского или слободского казака, получившего прозвище за внешность или характер. В современных базах данных фамилия встречается редко, что делает её хорошим маркером родового гнезда на востоке Украины.