Фамилия Лисименко — одна из тех, где за привычным звучанием скрывается неочевидная история. Её основа — не прозвище от слова «лиса», как можно было бы подумать, а личное имя Лисим. Это малораспространённый вариант канонического имени Анисим, которое в переводе с греческого означает «исполнитель» или «полезный». Усечение начального гласного — не случайность, а результат живых языковых процессов: точно так же имя Евстрат в народной речи превратилось в Елистрата. Имя Лисим бытовало в простонародной среде, где полные церковные формы часто сокращали и переделывали на свой лад.

Суффикс -енко указывает на украинское или южнорусское происхождение фамилии. В этой модели он означает «маленький» или «потомок»: Лисименко — буквально «сын Лисима». Такие фамилии массово закреплялись в XVI–XVIII веках на территории современной Украины и южных уездов России, особенно среди казачества и крестьянства. В отличие от северных фамилий на -ов/-ев, модель на -енко не указывала на принадлежность помещику, а подчёркивала родство по отцу.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Лисименко стоит в одном ряду с Лисимовым, Лисимовичем и Лисимчуком — все они восходят к тому же имени, но различаются ареалом и суффиксальной модой. Лисименко — самая распространённая из них, что говорит о широкой бытовой употребительности имени Лисим в прошлом.

Сегодня носители фамилии встречаются в основном на востоке Украины и в прилегающих областях России. В документах XVII–XVIII веков, например, в реестрах Запорожского войска, могли фигурировать казаки с таким именем или прозвищем, но прямых записей о фамилии Лисименко того времени не сохранилось — она закрепилась позже, уже после отмены крепостного права, когда фамилии стали обязательными для всех сословий.