Фамилия Нестратенко отвечает на вопрос «чей ты?» и буквально означает «сын Нестрата». В её основе лежит имя Нестрат — народная, сокращённая форма сразу нескольких крестильных имён греческого происхождения. Чаще всего за ней стоит Евстрат, то есть «добрый воин», реже — Калистрат («прекрасный воин») или Нестор («возвратившийся домой»). На слух эти имена сливались, а в бытовой речи теряли первый слог, поэтому и получилась такая компактная форма.

Суффикс -енко указывает на украинскую модель образования фамилий, которая закрепилась в XVI–XVII веках. Первоначально так называли детей по отцу: Нестратенко — это «малый Нестрата», его потомок. Позже прозвание закрепилось за родом и перестало зависеть от имени конкретного главы семьи.

В документах фамилия встречается с XIX века. В мартирологе Енисейской губернии упомянут Иван Петрович Нестратенко — выходец из крестьянской семьи, уроженец и житель деревни Новая Прилука Рыбинской волости Канского уезда. Эта запись ценна тем, что показывает путь фамилии: она возникла в украинской среде, а затем вместе с переселенческим потоком ушла в Сибирь. Крестьянское происхождение носителей здесь не случайность — именно сельские общины дольше всего сохраняли патронимические прозвания в качестве родовых.

Разные ветви рода могли писаться по-разному: Нестратенко, Нестратов, Нестратович. Но форма с суффиксом -енко осталась самой устойчивой, потому что чётко отвечала на вопрос о родстве и не требовала дополнительных пояснений.