Фамилия Олесенко — украинская по происхождению, что выдают суффикс -енко и характерная для южных и восточных областей модель образования. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, украинские на -енко в XVI–XVII веках означали «сын такого-то» или «потомок», а позже закрепились как наследственные. Основой здесь служит имя Олесь — народная, сокращённая форма от Александр. Получается, что Олесенко — буквально «сын Олеся», то есть потомок человека, которого в быту звали Олесем.

Корень фамилии — имя Александр, но не напрямую, а через его уменьшительно-ласкательный вариант. В украинской традиции Олесь, как и Лесь, было распространённым домашним именем, особенно в среде крестьян и казаков. Поэтому предки носителей фамилии Олесенко, скорее всего, были простыми людьми — хлеборобами или ремесленниками, а не дворянами, поскольку фамилии на -енко редко встречались у шляхты.

Интересная деталь: ударение в фамилии может падать как на первый, так и на второй слог — Олéсенко или Олесéнко. Второй вариант встречается реже, но оба допустимы и не меняют смысла. По географии фамилия больше всего распространена в центральной и восточной Украине, а также среди украинских диаспор. В России она редка и часто воспринимается как нерусская.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Олесько, Олещенко, Олешко, — то Олесенко отличается именно суффиксом -енко, который подчёркивает прямую патронимическую связь. В то время как Олещенко могло образоваться от другой формы имени (Олеща), а Олешко — от прозвища.