Фамилия Косаченко образована по распространённой восточнославянской модели: к основе прозвища Косач добавили суффикс -енко, который в украинской и южнорусской традиции означал «сын», «потомок» или «младший родственник». Таким образом, Косаченко — буквально «сын Косача», то есть человек из рода, где предка звали Косач.

Само прозвище Косач многозначно, и здесь стоит разобрать две основные версии, не притягивая слабые гипотезы. Первая и самая прямая — связь с косой. Косачом могли называть косаря, человека, косящего траву, или мастера, который изготавливал и правил косы. В крестьянском быту это занятие было уважаемым и заметным, поэтому такое прозвище легко закреплялось. Вторая версия — прозвище по внешности: Косачом могли прозвать косоглазого человека. Это объяснение менее распространено, но встречается в ономастике как один из вариантов для фамилий с корнем «кос-».

Третья версия, которую приводят нередко, — происхождение от мирского имени Косач, данного по птице тетереву-косачу. У самца тетерева в брачный период перья на шее расходятся косицами, отсюда и название. В языческой традиции имя по птице или зверю давали, чтобы ребёнок получил часть силы или удачи животного. Однако для фамилии Косаченко эта версия менее вероятна: прозвища от названий птиц чаще образовывались с уменьшительными суффиксами (Косачик, Косочка), а форма Косач в живой речи обычно указывала на человека, а не на птицу. Кроме того, в документах XVII–XVIII веков прозвище Косач в основном фиксируется именно за крестьянами и ремесленниками, а не как «лесное» имя.

Суффикс -енко типичен для фамилий, возникших на территории современной Украины и юга России. Это значит, что корни рода Косаченко, скорее всего, лежат в Черниговской, Полтавской, Киевской губерниях или в соседних областях, где такие фамилии были массовыми уже в XVII веке. Сословно это, вероятнее всего, казачество или крестьянство — именно в этих средах модель на -енко была основной для образования наследственных фамилий.

Фамилия не редкая, но и не сверхраспространённая. Встречается в разных вариациях написания: Косаченко, Косаченко, реже Коссаченко. Двойное «с» — результат поздней канцелярской ошибки или желания подчеркнуть ударение.