Фамилия Лемешенко — типичный пример украинской фамилии, образованной по патронимической модели. Её основа — прозвище Лемеш, а суффикс -енко указывает на происхождение: буквально «сын Лемеша» или «потомок Лемеша». Такая модель была особенно распространена в Левобережной и Слободской Украине, где фамилии на -енко со временем закрепились как наследственные.

Само прозвище Лемеш берёт начало от украинского слова «леміш» — режущая часть плуга или сохи. Это прямое указание на род занятий. Скорее всего, предок носителя фамилии был либо крестьянином-земледельцем, который хорошо владел сохой, либо мастером по изготовлению и ремонту плугов и другой хозяйственной утвари. В русских говорах встречается и глагол «лемешить» — ходить медленно, вперевалку, как ходили за сохой. Если прозвище пошло от этой основы, оно могло описывать походку или манеру поведения человека, а не его профессию.

Версия с профессиональным именованием выглядит правдоподобнее: прозвища по орудиям труда давали охотно, и они хорошо приживались в крестьянской среде. Со временем прозвище Лемеш, изначально присоединённое к личному имени, полностью вытеснило его в быту и в официальных документах, а затем дало начало фамилии Лемешенко. Среди однокоренных фамилий — Лемеш, Лемешев, Лемещук, но именно форма на -енко чётко указывает на украинское происхождение и географическую привязку к территории современной Украины.