Фамилия Марысенко — яркий пример того, как украинская модель образования фамилий накладывается на личное имя, которое может быть как полным, так и уменьшительным. В основе лежит имя Марыся — это народная, ласкательная форма канонического имени Мария. В украинской традиции суффикс -ыс- (-ис-) в уменьшительных формах встречается нередко: Оксана — Оксыся, Ганна — Ганнуся, отсюда и Марыся. Фамилия, таким образом, означает «потомок Марыси», то есть человека, которого в семье или в округе называли уменьшительным именем.

Суффикс -енко — типичный украинский патронимический показатель, который в XVI–XVIII веках закрепился за потомками по отцовской линии. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто образовывались от полных форм (Иванов, Петров), украинские фамилии на -енко охотно брали за основу уменьшительные имена: не только от Марии, но и от Ивася, Гриця, Стецька. Это говорит о том, что предок носителя фамилии был, скорее всего, не знатного рода, а простым казаком или крестьянином, где в обиходе преобладали домашние, сокращённые имена.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также в южных регионах России, куда в XVIII–XIX веках переселялись украинцы. Поскольку имя Мария было одним из самых распространённых женских имён, фамилия Марысенко не уникальна, но и не так частотна, как, скажем, Марченко или Мариненко. Разница в том, что Марченко образовано от Марко (мужское имя), а Марысенко — от женского имени, что встречается реже. Впрочем, не исключено, что в отдельных случаях основой могло быть мужское прозвище Марыся — так могли называть человека, чем-то напоминавшего женщину по имени Мария, но эта версия менее вероятна, так как патронимическая модель почти всегда строилась на имени отца.

Интересно, что написание фамилии через «ы» — Марысенко — выдает её украинское происхождение: в русском языке в таких позициях обычно пишут «и» (Марисенко). В документах XIX века можно встретить оба варианта, но форма с «ы» считается исходной и более точной с точки зрения народного произношения.