Фамилия Косоренко принадлежит к распространённому типу украинских фамилий на -енко. В украинской ономастике суффикс -енко означает «маленький», «сын» или «потомок»: Косоренко — это буквально «сын Косаря» или «потомок того, кого прозвали Косорём». Такие фамилии массово формировались в Поднепровье, на Левобережной и Слободской Украине с XVI века и закрепились как наследственные к XVIII–XIX векам.

Основа фамилии — прозвище Косорь. В русских и украинских говорах «косорь» или «косарь» — это человек, который косит (коса, сенокос). Но здесь интересна именно форма с корнем -кос- и суффиксом -орь. Слово «косорь» могло означать не просто косаря, а мастера по изготовлению или заточке кос. Такие прозвища давали ремесленникам, чья работа была связана с инструментом: кузнецам, точильщикам, ножовщикам. Вторая версия — прозвище по внешности: «косой» (кривой, одноглазый) или по походке («кособокий»). Однако в ономастике ремесленные прозвища встречаются чаще, чем описательные, поэтому версия с профессией выглядит правдоподобнее.

Интересно, что фамилия Косоренко почти не встречается в центральных и северных великорусских губерниях. Её ареал — историческая территория Гетманщины: современные Черниговская, Полтавская, Сумская области Украины, а также южные районы Брянской и Курской областей России. Там фамилия фиксируется в метрических книгах и ревизских сказках XIX века как Косоренко, Косаренко и реже Косоренков (под влиянием русской модели на -ов). Такое варьирование окончаний — обычное дело для украинских фамилий, попавших в русскую бюрократию.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Косоренко стоит в одном ряду с Косаренко, Косарев, Косарь, Косоротов. Но Косоренко — более редкая форма, что говорит о локальном происхождении. Скорее всего, предок носителя фамилии был не просто крестьянином, а имел определённую специализацию: либо делал косы, либо работал на косьбе как наёмный мастер. В условиях малоземелья и аренды пашни ремесло давало больше устойчивости, чем хлебопашество, поэтому прозвище могло закрепиться за целым родом.