Фамилия Косенчук построена по одной из самых распространённых восточнославянских моделей: к основе прозвища или имени прибавили суффикс -чук. Этот суффикс характерен прежде всего для украинской и белорусской ономастики, где он обозначал «сына» или «младшего родственника» — то есть Косенчук буквально означает «сын (или потомок) Косого». В русских фамилиях ту же роль играют суффиксы -ов/-ев и -ин, поэтому Косенчук — это украинский или западнорусский аналог фамилий Косов и Косин.

Основа фамилии — прозвище Косой. Тут возможны два основных объяснения, и оба имеют под собой реальную почву.

Первое — прозвище по занятию. Косым в народе могли называть косаря, а также мастера, который ковал или правил косы. Второе — прозвище по внешней примете. Косым называли человека с разными глазами (один косит в сторону), либо того, кто просто был кривоват или ходил вразвалку. В словарях древнерусских прозвищ (например, у С. Б. Веселовского) «Косой» фиксируется именно как личное прозвище, без обязательной связи с ремеслом.

На слух фамилия звучит как типично украинская: суффикс -чук в массе своей дают фамилии правобережной и западной Украины (Ковальчук, Шевчук, Бондарчук). Однако Косенчук встречается и в южных областях России, куда фамилия попала вместе с переселенцами в XVIII–XIX веках. В написании нет вариантов — форма устойчива, без беглой гласной и чередований.

Редкость фамилии в том, что она не перешла в разряд «стандартных» на -ов, а сохранила архаичную патронимическую форму. Это значит, что предок носителя фамилии был известен в своей общине именно как Косой, и его дети закрепили это прозвище в фамилии без переоформления на великорусский лад.