Фамилия Николенка заметно выделяется на фоне большинства русских фамилий. Дело не в корне, а в суффиксе. Подавляющее число фамилий оканчивается на -ов, -ев или -ин. Николенка же заканчивается на -енка, что сразу указывает на её белорусское или украинское происхождение. В восточнославянской ономастике суффикс -енко (или -енка в старой, нестандартизированной записи) — типичный патронимический маркер, означающий «сын» или «потомок». То есть Николенка — это буквально «сын Николая».

Основа фамилии — каноническое имя Николай, которое пришло на Русь из греческого языка и означает «победитель народов». В крестьянской и казацкой среде имя было одним из самых распространённых, поэтому фамилии от него встречаются повсеместно: Николаев, Никольский, Никулин, Миколенко. Форма Николенка — это уменьшительно-патронимическая модель. Если бы фамилия писалась по правилам современного русского литературного языка, она выглядела бы как Николенко. Однако в XIX — начале XX века, при фиксации фамилий в церковных и гражданских книгах, часто записывали так, как слышалось на местном говоре. В украинских и южнорусских говорах окончание -а в таких фамилиях не редкость (сравните: Шевченка, Довженка), хотя впоследствии оно часто менялось на -о.

Предки носителя фамилии Николенка с высокой вероятностью жили на территории современной Украины, Беларуси или в южных губерниях Российской империи (Курская, Воронежская, Харьковская). По социальному составу это могли быть крестьяне, казаки или мещане — фамилия не несёт признаков дворянского происхождения (для этого характерны суффиксы -ский/-цкий). Интересно, что фамилия могла закрепиться и как прозвище по отцу: если в семье было несколько Николаев, одного из них называли Николенком, а затем это прозвание перешло к его детям как фамилия.

Встречаются и редкие варианты написания — например, через букву «и»: Никаленка. Это результат аканья, свойственного белорусским и части украинских говоров, где безударное «о» произносится как «а». Такая запись — ещё одно подтверждение народного, а не книжного происхождения фамилии.