Фамилия Лимощенко звучит на украинский лад и образована по распространённой в южнорусских и украинских землях модели. Суффикс -енко, по наблюдениям ономаста Б. Унбегауна, в украинской традиции означает «сын» или «потомок» и указывает на происхождение от человека по прозвищу или имени.

Основа фамилии — Лимощ. Это слово не встречается в современных словарях как нарицательное, поэтому его значение восстанавливается предположительно. Скорее всего, Лимощ — это вариант прозвища Лимон или Лимоша. В старину лимоны на Руси были редкостью и диковинкой, поэтому прозвище Лимон могли дать человеку с необычным, кислым характером, или же торговцу, привозившему заморские фрукты. Суффикс -ош- (как в прозвищах Сила — Силаш, Кузьма — Кузьмаш) мог придавать основе уменьшительный или фамильярный оттенок, так что Лимощ — это, возможно, «маленький Лимон» или «Лимоныч».

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным глаголом «лимошить» — в некоторых говорах так называли медлительного или вялого человека. Тогда Лимощенко — потомок того, кого прозвали за неторопливость.

География фамилии указывает на её украинское происхождение: наибольшая концентрация носителей (по данным открытых телефонных справочников и архивов) фиксируется в Черкасской, Киевской и Полтавской областях, а также в прилегающих районах России, куда переселялись украинские крестьяне. Фамилия не принадлежала дворянству — это крестьянская или казачья фамилия, что подтверждается отсутствием в родословных книгах и типичной моделью на -енко, распространённой среди простого люда.