Фамилия Лысенский — это типичная «географическая» фамилия, образованная по модели, характерной для польской и западнорусской шляхты. Суффикс -ский указывает на принадлежность к местности: так называли человека, владевшего землей или происходившего из населенного пункта с названием Лысое, Лысая Гора, Лысенки или Лысково. В основе лежит прилагательное «лысый» — то есть лишенный растительности, голый.

Наиболее вероятная версия — происхождение от названия деревни или урочища Лысая Гора. Таких топонимов в Беларуси, на Украине и в западных областях России десятки: лысой горой называли возвышенность без леса, часто использовавшуюся под пастбища или языческие капища. Человек, переселившийся оттуда, получал прозвище Лысенский — «тот, кто с Лысой Горы». Со временем прозвище закрепилось как фамилия.

Менее распространенная, но возможная версия — связь с фамилией Лысенко, популярной на Украине. Если Лысенко — это «сын лысого» (от прозвища Лысый), то Лысенский могло возникнуть как полонизированная форма той же основы, с заменой суффикса -енко (украинский патроним) на -ский (дворянский, польский). Это объясняет, почему фамилия встречается в основном в регионах, где пересекались польское и украинское влияние: в Волынской, Гродненской, Минской губерниях.

О сословной принадлежности носителей фамилии можно судить по суффиксу. В Российской империи фамилии на -ский часто носили дворяне и духовенство, но не исключительно. Лысенские могли быть и мещанами, и крестьянами, получившими фамилию при переписи по месту жительства. География фамилии сегодня — это в основном запад России, Беларусь и восток Украины, с редкими вкраплениями в Сибири, куда переселенцы уезжали в XIX—XX веках.

В словарях Б. Унбегауна и В. Никонова фамилия Лысенский не выделяется как отдельная статья, что говорит о ее относительной редкости по сравнению с массовыми Лысенко или Лысовым. Тем не менее, это хороший пример того, как прозвище, данное по безлесому холму, превратилось в фамилию, сохранившую память о географическом объекте, которого уже может не существовать на карте.