Фамилия Охтеменко — характерный пример украинской фамилии, образованной по патронимической модели с суффиксом -енко. В украинской ономастике суффикс -енко исторически означал «маленький», «сын» или «потомок»: Охтеменко — это буквально «сын Охтемы» или «потомок Охтемы». Ударение в таких фамилиях обычно падает на предпоследний слог: Охте́менко.

Основа фамилии — личное имя или прозвище Охтема. Здесь есть два основных пути. Первый: Охтема — это народная, разговорная форма крестильного имени Евтихий (от греческого «счастливый», «благополучный»). В украинском языке имя Евтихий могло звучать как Овтіх, Охтій, а уменьшительная форма — Охтема. Второй путь: Охтема могло быть прозвищем, связанным с украинским словом «охтем» (или «охтамитися» — возиться, мешкать, делать что-то неспешно). В таком случае прозвище дали человеку медлительному или нерасторопному.

Географически фамилия Охтеменко тяготеет к левобережной Украине — Черниговской, Полтавской, Сумской областям. Именно там суффикс -енко получил наибольшее распространение, вытесняя великорусские модели на -ов и -ин. В дореволюционных переписях фамилия встречается среди казацких и крестьянских родов, что типично для украинской патронимии: в этой среде фамилии на -енко часто фиксировались позже, чем у дворянства, и нередко имели варианты написания (Охтеменко, Охтеманенко, Охтемов). Примечательно, что в русском языке фамилия не склоняется по падежам, если речь о женщине (у Анны Охтеменко), но склоняется у мужчин (у Петра Охтеменко).

В отличие от фамилий с прозрачной профессиональной основой (Кузнецов, Мельник), Охтеменко несёт в себе след личного имени или бытового прозвища. Это не ремесло, а прямое указание на родство: предок носителя был известен в своей общине как Охтема, и его дети пошли по отцу.