Фамилия Лисименка — редкий случай, когда украинская словообразовательная модель встречается за пределами привычного ареала. Суффикс -енк(о) — классический признак фамилий восточной и центральной Украины, он указывал на происхождение по отцу: буквально «чей?» — «Лисименков», то есть сын или потомок человека по прозвищу Лис или Лисим. Однако в данной фамилии есть необычная деталь: основа «Лисимен-» вместо более типичной «Лисенко» или «Лисиця». Это может быть результатом диалектного произношения или вторичного переосмысления: от прозвища Лисим (редкая форма, образованная от «лисий» в значении «хитрый» или «лысый»).

Корень «лис-» в русских и украинских фамилиях многозначен. Прямое значение — животное, лиса, но в прозвищах чаще имели в виду не внешность, а характер: хитрость, льстивость, изворотливость. Второй вариант — связь с прилагательным «лисий» в значении «лысый, плешивый» (от древнерусского «лисина» — плешь). Третий путь — происхождение от уменьшительной формы личного имени Лис (возможно, от Лисандр или простонародного Лис). Для фамилии Лисименка наиболее правдоподобна первая версия: прозвище Лисим (с суффиксом -им, как в «голимый» или «ходим») дали человеку с лисьими повадками, а его сына уже записали как Лисименко.

География фамилии узкая. По данным современных баз, Лисименка встречается в России единично, чаще — в южных и центральных областях Украины, а также среди потомков украинских переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке. В отличие от массовых Лисенко, Лисицких или Лисовых, эта фамилия не попала в крупные дворянские родословные — её носители, скорее всего, были крестьянами или казаками. В реестрах Войска Запорожского XVII–XVIII веков встречаются схожие прозвища (Лис, Лисиця), но форма Лисименка там не зафиксирована, что указывает на позднее оформление фамилии, уже после отмены крепостного права, когда бывшие крепостные массово получали фамилии по прозвищам отцов.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Лисименка — не описка и не искажение. В украинских говорах существовала параллельная форма Лисим, от которой через патронимический суффикс -енк(о) и возникла эта фамилия. Если бы предка звали просто Лис, фамилия звучала бы как Лисенко. Наличие дополнительного слога «-им-» — ключевая особенность, которая отличает эту фамилию от десятков похожих и делает её ценной для локальной ономастики.