Фамилия Митросенко звучит нарочито украински, и это первое, что бросается в глаза. Суффикс -енко в украинской ономастике — главный маркер патронимической фамилии, то есть «сын такого-то». В данном случае — сын Митроса. А вот с этим именем-основой начинается самое интересное.

Митрос — это не каноническое церковное имя. Скорее всего, это народная, обиходная форма от Дмитрий. В украинской и южнорусской традиции имя Дмитрий сокращали и переиначивали на свой лад: Дмитро, Митра, Митроха, Митрош, Митрус. От последнего варианта (Митрус) и возникла основа Митрос. Подтверждение этой версии — фамилия Дмитроченко, которая строится по той же модели, но с сохранением начального «д». Митросенко — это результат фонетического упрощения, когда первый слог «Дми» редуцировался до «Ми», а «тр» осталось.

Вторая, менее вероятная гипотеза отсылает к греческому имени Митрофан, что значит «явленный матерью». От Митрофана в быту образовывали Митроха, Митроша, и теоретически могла возникнуть форма Митрос. Но для украинского суффикса -енко основа Митрос выглядит слишком короткой и неестественной для полного имени Митрофан — там скорее ждали бы Митрофанович или Митрофаненко. Поэтому версия с Дмитрием убедительнее.

Географически фамилия Митросенко густо привязана к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Сумщине, Черкасчине, а также к югу России, куда украинские крестьяне массово переселялись в XVIII–XIX веках. В переписях и метрических книгах XIX века эта фамилия встречается преимущественно в среде государственных крестьян и казаков, а не дворян. Сословный статус предков Митросенко — свободные сельские жители, часто малоземельные, занимавшиеся хлебопашеством.

Интересная деталь: в некоторых старых записях фамилию писали через «е» — Митресе́нко, что выдает диалектное произношение: «Митрес» вместо «Митрос». Это лишний раз подтверждает, что основа не была застывшей и варьировалась в зависимости от местного говора. В XX веке написание унифицировалось, и сейчас Митросенко — это однозначная отсылка к предку по имени Дмитрий, которого в быту звали Митрос.