Фамилия Колменко построена по украинской модели на -енко, что сразу указывает на её происхождение: в среде, где говорили на украинских говорах, так называли сына или потомка человека с основой Кол-.

Корень здесь — Колма, Колмо или Колман. Самая прямая версия: Колменко — это вариант фамилии Калмык или Колмык. В южнорусских и украинских говорах слово «калмык» нередко произносили как «колмык», отсюда фамилии Колмыков, Колмыченко и, с переходом «ы» в «о» в безударном положении, Колменко. Если предок происходил из степных народов или просто имел смуглую внешность, прозвище Колмык (Колма) могло закрепиться за ним, а его дети уже стали Колменками.

Есть и более редкая версия: основа Колм- восходит к диалектному слову «колма» — так в некоторых говорах называли кочку, бугор или даже невысокого, коренастого человека. В этом случае прозвище Колма давали человеку приземистому или живущему на холмистой местности. Суффикс -енко в украинской традиции означал «маленький, сын такого-то», поэтому Колменко — буквально «сын Колмы».

Географически фамилия тяготеет к левобережной Украине и югу России, особенно к Слобожанщине и бывшим землям Войска Запорожского. В реестрах казаков XVIII века встречаются носители фамилии Колмык, а Колменко — более поздняя, патронимическая форма, которая закрепилась после отмены крепостного права, когда фамилии активно записывали по отцу.

На письме фамилия могла колебаться: встречаются написания Колменко, Калменко и даже Колманко. Ударение обычно падает на второй слог — Колме́нко, но в некоторых семьях сохраняется ударение на первый слог, что может указывать на польское или белорусское влияние, где суффикс -енко менее характерен. Однако основной ареал — украинский, и модель на -енко здесь доминирует.