Фамилия Марцовенко — характерный пример украинской модели образования фамилий на -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской ономастике, изначально имел значение «маленький», «сын» или «ученик». Таким образом, Марцовенко — это «сын Марцова» или «потомок человека по прозвищу Марцо».

Основа фамилии — Марцо. Это краткая, народная форма одного из крестильных имён, скорее всего, Марк (лат. Marcus — «молоток») или реже Мартин (лат. Martinus — «посвящённый Марсу», «воинственный»). В украинской и белорусской среде имя Марк в быту часто трансформировалось в Марко, а уменьшительно-ласкательные формы звучали как Марцо, Марцьо, Марценко. Суффикс -ц- здесь выполняет роль смягчения, делая имя более «домашним».

Менее вероятная, но возможная версия связывает основу с прозвищем Марцо от диалектного глагола «марцювати» — «упрямиться», «капризничать» (в некоторых западных говорах). Однако для фамилий на -енко типичнее происхождение от крестильного имени.

Географически фамилия Марцовенко тяготеет к левобережной Украине — Черниговщине, Полтавщине, Сумщине, где суффикс -енко был особенно продуктивен в XVI–XVII веках среди казачества и крестьянства. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто указывали на принадлежность помещику, украинские фамилии на -енко фиксировали родство: кого сын. То есть предок носителя фамилии Марцовенко, скорее всего, был свободным человеком, чьего отца или деда звали Марцо (Марк).

Встречаются варианты написания Марцовенко — через «ы» (Марцовенко) или с одним «н», что связано с особенностями местного произношения и записью в метрических книгах. Сама фамилия не является редкой, но и не входит в число массовых — это типичная фамилия-«отчество» третьего поколения, каких тысячи на украинских землях.