Фамилия Лимишенко — характерный пример украинской модели фамилии с суффиксом -енко, который в XVI–XVIII веках закрепился в Поднепровье и Слобожанщине как обозначение потомка или «малого»: буквально «чей-то сын», «маленький кто-то». В основе фамилии лежит прозвище Лимиш. Его происхождение неочевидно, и здесь есть две реалистичные версии.

Первая и наиболее вероятная: Лимиш — фонетическая разновидность прозвища Лемеш, от слова «лемеш» или «леміш» (лемех, часть плуга). В украинских говорах огласовка «е» часто переходила в «и» (сравните «леміш» и диалектное «лиміш»). Прозвище Лемеш (Лимиш) могли дать крестьянину, который делал плуги, или землепашцу, работавшему с сохой. В ономастике это подтверждается фамилиями Лемешенко, Лемещук и параллельными Лимишенко, Лимищук. Версия спорная, но правдоподобная: корень связан с ремеслом или сельским трудом, а не с личным именем.

Вторая версия — от прозвища Лимиш, образованного от глагола «лимити» в значении «медлить, мешкать» (диалектное украинское слово). Такое прозвище мог получить неторопливый, задумчивый человек. Однако эта гипотеза слабее, так как глагол редок и не дал массовых фамилий.

Фамилия бытует в основном на востоке Украины (Харьковская, Полтавская, Сумская области) и среди потомков переселенцев в Краснодарском крае, Волгоградской области. Встречаются варианты написания Лемешенко и Лимишенко — это результат неустойчивой передачи украинских звуков в русских документах XIX века. Носитель фамилии Лимишенко с высокой вероятностью происходит из семьи ремесленника-кузнеца или хлебороба, а сама фамилия — не дворянская, а крестьянская или казачья, что типично для фамилий на -енко.