Фамилия Литвененко — одна из тех, где украинский суффикс указывает на происхождение, а корень намекает на национальность или географию предка. Суффикс -енко (в украинской традиции — «сын» или «потомок») — самый распространённый в украинской антропонимии, он образует фамилии от прозвищ, названий профессий и этнонимов. В основе здесь — Литвин. Так в старину на Руси и в Речи Посполитой называли выходцев из Великого княжества Литовского, а позже — жителей белорусских и литовских земель. Слово «литвин» не столько указывало на конкретную народность, сколько на регион: до XIX века этнонимы часто были размытыми, и литвином могли назвать и белоруса, и собственно литовца-аукштайта.

Первичная форма — Литвиненко («сын Литвина»). Написание через е (Литвененко) — результат аканья, то есть произносительной нормы, при которой безударный звук [и] редуцируется до [е] или [ы]. В украинских говорах это встречается реже, а вот в южнорусских и белорусских диалектах — сплошь и рядом. Скорее всего, фамилию записывали со слуха чиновники или переписчики, которые не задумывались об орфографической норме. Поэтому Литвененко — это тот же Литвиненко, но с фонетическим искажением, закрепившимся в документе.

В украинской ономастике фамилии на -енко с этнонимической основой — явление массовое. Достаточно вспомнить Москаленко, Татаренко, Немченко, Гречаниненко. Все они возникли в среде казачества и крестьянства Левобережной Украины и Слобожанщины в XVII–XVIII веках. Прозвище Литвин мог получить человек, переехавший из белорусско-литовских земель на территорию Гетманщины, или тот, кто говорил на «литвинском» говоре. Никакого благородного сословия за такой фамилией не стоит — это маркер мигранта или чужака, который со временем стал родовым именем.

География фамилии Литвененко сегодня — преимущественно Украина (особенно центральные и восточные области) и юг России. Встречается реже, чем Литвиненко, но это не редкость, а именно вариант письменной фиксации. Если ваши предки носили фамилию с буквой «е» в первом слоге, велика вероятность, что запись делалась в регионе с сильным акающим говором — например, на Кубани или в Воронежской губернии.