Фамилия Петененко — один из тех случаев, когда внешне прозрачная основа таит в себе неожиданный поворот. На первый взгляд кажется, что перед нами типичная украинская фамилия на -енко, образованная от имени Пётр через промежуточную форму Петеня. Однако в украинской ономастике суффикс -енко чаще крепится к основе, которая уже сама содержит суффикс уменьшительности. Здесь же мы видим цепочку: Пётр → Петя → Петеня → Петененко. Такая тройная «обработка» имени встречается реже, чем, скажем, просто Петренко или Петруненко.

Самая правдоподобная версия происхождения — от прозвища или имени Петеня. В говорах юго-западных областей (Черниговщина, Полтавщина, Киевщина) форма «Петеня» могла быть не просто ласкательным вариантом к Петру, а самостоятельным именем, которое давали в крестьянской среде. Суффикс -енко, по классической схеме Б. Унбегауна, указывает на «сына Петени» или «потомка Петени». То есть первый носитель фамилии — это, скорее всего, человек, чьего отца или деда звали Петеней.

Есть и альтернативная, более спорная версия. В польском языке есть слово «pętać» (путать, связывать) и «pęto» (путы, верёвка). Если допустить, что фамилия могла возникнуть на западнорусских землях под польским влиянием, то «Петененко» могло быть отголоском прозвища Пётень (путаник, нерасторопный человек). Однако эта гипотеза слаба: во-первых, в фамилии нет белорусского или польского суффикса -ович/-евич, во-вторых, для украинского суффикса -енко такое заимствование из польского — редкость. Основная версия с именем Пётр гораздо надёжнее.

Географически фамилия тяготеет к центральной Украине. В дореволюционных метрических книгах Петененко встречаются в основном в Полтавской и Киевской губерниях. Сословно это почти всегда крестьяне или казаки. Никаких следов дворянства или духовенства у этой фамилии нет — она из народной толщи, где имя отца превращалось в родовое прозвище без лишних церемоний.

Особенность написания — двойное «н» в корне («Петененко», а не «Петенко»). Это не ошибка, а признак того, что суффикс -енко прикрепился к основе, уже оканчивающейся на «н». В украинской традиции такие фамилии не усекали: Иваниненко, Савченко (от Савка, а не от Сава), и вот — Петененко. Если бы основа была «Пете» (от Петя), мы бы получили Петенко, но здесь основа «Петеня» — и это даёт нам ключ к тому, что в роду когда-то жил человек, которого звали именно так, с мягким окончанием на -еня.