Фамилия Мартенко звучит как украинская, и это первое, что бросается в глаза. Типичный украинский суффикс -енко, означающий «сын» или «потомок», указывает на происхождение от человека по имени или прозвищу Мартен. В русском языке аналогом такого суффикса будет -ов/-ев, а в белорусском — -ович/-евич. Таким образом, Мартенко — это «сын Мартена».

В основе фамилии лежит имя Мартен. Это не что иное, как народная, разговорная форма канонического имени Мартин (от латинского Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). На украинских землях имя Мартин часто трансформировалось в Мартен, Мартин, а в некоторых говорах — в Мартын. Фамилии Мартенко, Мартиненко, Мартыненко — это однокоренные «родственники», различающиеся лишь огласовкой основы.

Интересно, что фамилия Мартенко могла возникнуть и в среде, где имя Мартен было не столько церковным, сколько мирским прозвищем. В западных регионах Украины, особенно под влиянием польского и немецкого языков, имя Мартен (от нем. Martin) могло бытовать как самостоятельное, без жёсткой привязки к православным святцам. Поэтому географически фамилия Мартенко чаще встречается в западных и центральных областях Украины, чем на востоке.

Модель образования через суффикс -енко — одна из древнейших в украинской ономастике, но массовое закрепление таких фамилий произошло в XVI–XVII веках в среде казачества и крестьянства. Носитель фамилии Мартенко, вероятно, был потомком человека по имени Мартен, который мог быть и простым селянином, и ремесленником, и казаком. Фамилия не указывает на конкретное сословие, но однозначно говорит о том, что предок был лично свободным человеком, а не крепостным (крепостным фамилии давали редко и по другой модели).

В русском языке фамилию Мартенко не склоняют (она на -ко), что тоже выдает её украинское происхождение. Если встретите вариант Мартенков — это уже обрусевшая форма, адаптированная под русскую грамматику. Но исходная, «чистая» форма — Мартенко — сохраняет память о том, что её носитель — потомок человека, которого в семье звали Мартен.