Фамилия Лысогоренко — украинская по происхождению и модели образования. Суффикс -енко (в украинском языке — -енко) указывает на «маленького», «сына» или «потомка» того, кто назван в корне. В данном случае корень — Лысогор-, что отсылает к прозвищу Лысая Гора. Такие составные прозвища, состоящие из прилагательного и существительного, в украинской и южнорусской среде были не редкостью: они описывали место жительства, характерный признак внешности или местности.

Прозвище Лысая Гора могло принадлежать человеку, жившему на безлесном, голом холме или возле урочища с таким названием. В славянской топонимике «Лысая гора» — распространённое название возвышенностей, лишённых растительности, а также мест, связанных с народными поверьями (например, место сбора ведьм). Однако в бытовом, не фольклорном смысле, прозвище скорее давали по реальному географическому объекту — деревне, хутору или просто заметному холму. Таким образом, первый носитель фамилии Лысогоренко был, вероятно, выходцем из села или местности под названием Лысая Гора, либо его прозвали так за лысину на макушке (ироничное сравнение головы с горой).

Модель на -енко — типично украинская, особенно для левобережной и центральной Украины (Полтавщина, Черниговщина, Киевщина). В XVII–XVIII веках такие фамилии активно формировались у казаков и крестьян. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто закрепляли за потомками помещичьих крестьян, украинские фамилии на -енко долго оставались «живыми» и могли меняться от поколения к поколению, пока не устоялись в XIX веке.

Если сравнивать с однокоренными, то фамилия Лысогор (без суффикса) встречается у русских и украинцев, а Лысогоренко — именно «сын Лысогора» или «потомок того, кто с Лысой горы». Вариант Лысогорский — польского или белорусского происхождения, с суффиксом -ский, указывающим на владение или принадлежность к месту. Лысогоренко же остаётся в ряду патронимических (отцовских) фамилий, самых массовых в украинской ономастике.

В современной России фамилия встречается, но редко, чаще в южных и центральных областях, куда мигрировали украинцы в XVIII–XIX веках. Известных публичных носителей с этой фамилией мало, что типично для локальных фамилий, не успевших «выстрелить» в столичной среде.