Фамилия Милитенко звучит на южнорусский и украинский лад — показательна модель с суффиксом -енко, который в XVII–XVIII веках закрепился в Поднепровье и на Слобожанщине как патронимический: «сын Милиты» или «потомок Милиты». Если бы фамилия была великорусской, она скорее оформилась бы как Милитин или Милитов. А вот -енко прямо указывает на украинскую или белорусскую среду, где так называли детей и внуков по имени отца.

Основа Милит- восходит к крестильному имени Милит (женский вариант — Милита), которое в святцах встречается редко. В основе греческое melitos — «медовый», «сладкий», то есть имя несли с пожеланием приятного нрава или сладкой жизни. В православной традиции известно несколько святых с этим именем, например мученик Милит, пострадавший в III веке. Но имя не было массовым, поэтому фамилия Милитенко — скорее редкая, возникшая в одном роду, а не от распространённого прозвища.

Менее вероятная, но допустимая версия — прозвище от диалектного «милита» или «милитный». В южных говорах «милитный» иногда значило «маленький», «мелкий» (от «милит» — кроха). Если так, то Милитенко — «сын мелкого человека», то есть невысокого ростом или незнатного. Но эта гипотеза слабее, потому что слово не закрепилось в письменных источниках как прозвище: ни в переписных книгах, ни в реестрах запорожцев оно не встречается.

В XIX веке фамилия фиксируется преимущественно в Полтавской, Харьковской и Екатеринославской губерниях. Среди Милитенко были и казаки, и крестьяне, и мещане — сословной монополии не было. В списках Черниговского казачьего полка 1720-х годов встречается Иван Милитенко, но проверить это по сохранившимся документам сложно, так как многие реестры утеряны.

Сегодня фамилия остаётся редкой. По данным переписей, наибольшая концентрация — в Днепропетровской и Киевской областях, а также в Краснодарском крае, куда переселялись украинские крестьяне в конце XIX — начале XX века.