Фамилия Климосенко — один из примеров украинской модели образования фамилий на -енко. Эта модель, по данным исследователя Бориса Унбегауна, в XVII–XVIII веках стала доминирующей на территории Левобережной Украины, вытеснив более ранние формы. Суффикс -енко в украинской ономастике означает «сын» или «потомок», то есть Климосенко — это буквально «сын Климоса».

Основа фамилии — имя Климос. Перед нами не каноническая форма крестильного имени Клим (от латинского «clemens» — милостивый, снисходительный), а его народный, разговорный вариант. В украинской традиции имена часто обрастали дополнительными суффиксами, придающими оттенок уменьшительности или просторечности: Клим — Климко — Климаш — Климос. Последняя форма встречается в письменных источниках как прозвище или уличное имя, от которого затем и образовали фамилию.

Интересная деталь: в отличие от более частых фамилий Климченко или Клименко, вариант Климосенко сохраняет редкую промежуточную основу. Она могла закрепиться в конкретной местности, где имя Климос бытовало как самостоятельное. Скорее всего, предок носителя этой фамилии был сыном человека по прозвищу Климос — либо просто носителя имени, либо человека с каким-то характерным признаком, который связывали с этим именем.

С географической точки зрения фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины, где суффикс -енко наиболее распространён. Встречается она нечасто, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: если вы найдёте село или хутор, где в XIX веке жили Климосенки, есть высокая вероятность, что все современные носители фамилии происходят из этого одного корня. Сословно предки были, скорее всего, казаками или крестьянами — именно в этих средах модель на -енко получила наибольшее распространение.