Фамилия Моисенко образована по типичной для украинского, белорусского и южнорусского ономастикона модели с суффиксом -енко. Этот суффикс в XVI–XVIII веках был одним из главных маркеров «сыновства»: буквально Моисенко — «сын Моисея». В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, которые часто закреплялись за крестьянами после отмены крепостного права, фамилии на -енко в малороссийских землях фиксировались раньше и устойчивее, в первую очередь среди казачества и мещан.

В основе фамилии лежит каноническое мужское имя Моисей (библейский пророк, по-древнееврейски «взятый из воды»). В народной среде это имя прошло через ряд фонетических изменений: на письме и в быту оно нередко звучало как Моисей, а в уменьшительно-обиходной форме — Моися или Мойса. От этого варианта и пошла фамилия Моисенко, то есть «Моисеев сын», но с южнославянским или украинским суффиксальным оформлением.

Географически фамилия тяготеет к территории Левобережной Украины (Черниговщина, Полтавщина, Сумщина) и прилегающим областям России (Курская, Белгородская, Воронежская). В метрических книгах XIX века Моисенко встречаются как среди казачьего сословия, так и среди государственных крестьян. Казачья среда была подвижной, поэтому часть носителей могла переселиться на Кубань, где фамилия также фиксируется.

Стоит отметить, что фамилия Моисенко не имеет отношения к «моисеевой вере» или иудаизму, как могло бы показаться на первый взгляд. Имя Моисей было широко распространено в православной среде, а фамилия образовалась от него точно так же, как Иващенко от Иван или Даниленко от Данила. Никакого конфессионального или этнического подтекста в ней нет.

В написании фамилии встречаются варианты: Моисенко, реже Моисейко, а также Мойсенко (с выпадением гласного). Последний вариант — результат более сильного редуцирования имени в разговорной речи. В русском языке фамилия не склоняется, если принадлежит женщине, и склоняется по падежам, если принадлежит мужчине.