Фамилия Малисенко — яркий пример украинской модели образования фамилий на -енко. В украинской ономастике суффикс -енко изначально указывал на сына или потомка человека, названного в основе: Малисенко буквально значило «Малисов сын» или «потомок Малиса». Такая модель была особенно распространена в Левобережной Украине, в частности на Полтавщине и Черниговщине, где фамилии на -енко встречаются едва ли не у половины населения.

Основа фамилии — Малис — это, скорее всего, прозвище или уменьшительная форма от крестильного имени. Самая вероятная версия: Малис — производное от имени Малахия (в народной форме Малаш, Малас). В украинском языке звук «ш» в суффиксах часто переходил в «с»: так Малас становилось Малiс, а в русской записи — Малис. Менее вероятно, но возможно, что в основе лежит прилагательное «малий» (маленький) с суффиксом -ис, но такая словообразовательная модель для украинских прозвищ редка.

Стоит обратить внимание на написание: фамилия пишется через «и», а не через «ы» (Малысенко), что тоже указывает на украинское происхождение. В дореволюционных документах могла встречаться двойная форма: Малисенко и Малiсенко, в зависимости от того, кто и где записывал.

Социальный состав носителей фамилии, судя по распространённости модели, — в основном крестьянское и казацкое население. Никаких дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что типично для «простых» патронимических фамилий, возникших в XVII–XVIII веках, когда украинские казаки и крестьяне массово получали наследственные фамилии.