Фамилия Лимаенко — типичный пример восточноукраинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках закрепилась в среде казацкой старшины и крестьянства Левобережной Украины. Суффикс -енко в этой традиции означал «сын» или «потомок», то есть Лимаенко — буквально «сын Лимая» или «потомок человека по прозвищу Лимай».

Основа фамилии — прозвище Лимай. Его происхождение неочевидно, и здесь есть две основные версии. Первая связывает его с тюркским словом «лиман» — залив, устье реки, бухта (из греческого через турецкий). В украинских говорах «лиман» — это не только географический термин, но и название болотистой, заросшей камышом низины у моря. Прозвище Лимай могли дать человеку, жившему у такого места, или же выходцу с побережья Азовского и Черного морей, где лиманов особенно много — например, из района Днепро-Бугского или Днестровского лиманов. Вторая версия — что Лимай это адаптация крестильного имени Филарет или Филимон, где начальное «фи-» в народной речи перешло в «ли-» (ср. Филипп — Липий, Филат — Лилат). Однако такое переоформление встречается реже, и тюркская версия выглядит убедительнее, учитывая активные контакты запорожских казаков с крымскими татарами и турками.

Фамилия Лимаенко довольно редкая. Её основной ареал — южные и центральные области Украины: Запорожская, Херсонская, Днепропетровская, а также в меньшей степени — Полтавщина. В России она встречается спорадически, чаще всего как результат миграций XIX–XX веков. В дореволюционных источниках фамилия фиксируется в метрических книгах Екатеринославской губернии — традиционном регионе расселения запорожских казаков и их потомков.

Однокоренные фамилии — Лиман, Лиманенко, Лиманский, Лиманов. Они все восходят к тому же корню, но различаются суффиксами и географией: Лиманский чаще польская или белорусская форма, Лиманов — русская, а Лимаенко и Лиманенко — украинские. Интересно, что в некоторых говорах слово «лиман» имело и переносное значение — «ленивый, медлительный человек» (как застойная вода в лимане). Возможно, прозвище Лимай могло отражать и эту черту характера, но это лишь предположение без надёжных документальных подтверждений.