Фамилия Литовенко образована по одной из самых продуктивных моделей украинской ономастики — с помощью суффикса -енко. Этот суффикс, означавший «маленький» или «сын», в XVI–XVII веках закрепился за казацкими и крестьянскими родами на Левобережной и Слободской Украине. Литовенко — буквально «сын Литвы» или «потомок литвина».

Основа фамилии — прозвище Литва или Литовец. В XV–XVIII веках «литвинами» на Руси называли не только жителей Великого княжества Литовского, но и выходцев из западнорусских земель, которые находились под властью Литвы. Прозвище могло указывать на человека, который переселился оттуда, или на того, кто говорил с характерным «литовским» акцентом. В отличие от фамилии Литвинов, распространённой по всей России, форма Литовенко сохранила региональную привязку к украинскому ареалу.

Стоит различать эту фамилию с похожей, но более редкой — Литовиненко. Вторая образована от названия жителя Литвы (литовин), а Литовенко — от более древней и разговорной формы «Литва». В переписных книгах XVII века встречаются казаки с прозвищем Литва, а их дети уже записывались как Литовенки. Социально фамилия не была элитарной: её носили в основном крестьяне, казаки и мещане, реже — священники.

Есть версия, что прозвище могло быть связано не с этносом, а с родом занятий: «литвой» иногда называли торговцев, шедших с товаром из литовских земель. Однако это менее правдоподобно — в массе случаев прозвище указывало именно на происхождение. Сегодня фамилия Литовенко встречается в Черниговской, Сумской и Полтавской областях, а также среди потомков переселенцев на Кубани и в Сибири.