Фамилия Лихосенко образована по украинской модели от прозвища Лихой, которое в основе своей имеет прилагательное «лихой». В древнерусском языке это слово имело двойственное значение: с одной стороны, «удалой, смелый, быстрый», с другой — «злой, причиняющий вред, недобрый». В народной среде прозвище Лихой чаще всего давали человеку отчаянному, ловкому, способному на рискованные поступки, а не злодею. Именно это значение — «удалец», «сорви-голова» — и легло в основу фамилии.

Суффикс -енко, характерный для восточной и центральной Украины (Полтавщина, Черниговщина, Слобожанщина), указывает на «маленького» или «сына»: Лихосенко буквально означает «сын Лихого». В XVII–XVIII веках такие фамилии закреплялись за казаками и мещанами, реже — за крестьянами. В реестрах Запорожского войска встречаются прозвища Лихой, Лихов, от которых позже пошли фамилии Лихов, Лиховид, Лихопой и, вероятно, Лихосенко.

Интересная деталь: в отличие от более распространённых Лихов или Лиховид, фамилия Лихосенко сохранила архаичную форму без усечения основы. Полная основа «Лихо-» + суффикс -енко встречается реже, чем «Лих-ов» или «Лих-ин», что делает фамилию локально привязанной к определённым регионам — преимущественно к северо-востоку Украины и югу России (Курская, Белгородская области). Встречаемость фамилии невысокая, она не входит в список распространённых украинских фамилий, что говорит о её происхождении от конкретного прозвища, а не от массового шаблона.

Социально носители фамилии Лихосенко в XIX веке чаще всего были казаками или государственными крестьянами, но точных сословных данных по каждой ветви нет. В документах Переписей 1897 года фамилия фиксируется в Харьковской и Полтавской губерниях. Споров об этимологии практически нет: корень прозрачный, суффикс типичный, альтернативные версии (связь с лихоманкой или лихорадкой) несостоятельны, поскольку суффикс -енко не образуется от существительных женского рода.