Фамилия Омесенко — яркий пример украинской модели фамильного словообразования. Суффикс -енко, характерный для Поднепровья и Левобережной Украины, в XVII–XVIII веках стал главным маркером фамилий казацкой старшины, мещан и крестьян. Он указывал на происхождение по отцу: буквально «Омесенко» — «сын Омеса» или «маленький Омес».

Основа фамилии, Омес, — редкая. Она не является полной формой распространённого имени, а представляет собой, скорее всего, усечённый или диалектный вариант крестильного имени Емельян (от греческого «Aimilianos» — «ласковый», «льстивый»). В украинской народной среде имя Емельян часто сокращали до Омелько, Омелян, а форма Омес могла возникнуть как упрощение от Омесько. Таким образом, фамилия Омесенко — это патроним, образованный от обиходного варианта имени.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины, особенно к Полтавщине и Черкащине, где суффикс -енко наиболее плотно закреплён. В царских ревизских сказках XIX века Омесенко встречаются среди казаков и государственных крестьян, что косвенно указывает на отсутствие крепостной зависимости у большинства носителей.

Интересная деталь: в русском языке фамилия часто записывалась с буквой «ё» — Омёсенко, но произносилась как Омесенко. Такая двойственность написания могла возникать из-за местного акающего произношения (звук «о» в первом слоге редуцировался) и желания писцов передать живое звучание. В современных базах данных встречаются оба варианта, но исходная форма — через «е».