Фамилия Петросенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XIX веках была самой распространённой на Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко в украинской ономастике выполнял ту же роль, что русский -ович/-евич: он указывал на сына, потомка. То есть Петросенко буквально значит «сын Петра». Это отчество, которое закрепилось как наследственное родовое имя.

Основа фамилии — каноническое имя Пётр, пришедшее из греческого языка (petros — «камень, скала»). Имя было широко распространено среди всех сословий, поэтому фамилии с корнем Петр- встречаются повсеместно, но в разных формах. Украинская огласовка сохранила полное имя Петро без усечения, что отличает Петросенко от, скажем, Петренко, где основа та же, но суффикс присоединился к сокращённой форме Петр-.

Географически фамилия Петросенко тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкасчине, Харьковщине. В России она встречается реже и, как правило, в южных регионах, куда переселялись украинские крестьяне и казаки в XVIII–XIX веках. В метрических книгах и ревизских сказках фамилия фиксируется с конца XVIII века, что совпадает с массовым закреплением фамилий у украинского поспольства (крестьян и казаков).

Интересная деталь: в отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто образовывались от прозвищ или профессий, украинские фамилии на -енко почти всегда восходят к крестильному имени отца. Поэтому предок носителя фамилии Петросенко с высокой вероятностью был просто Петром, чей сын получил прозвание Петросенко, а внуки уже носили его как фамилию. Никакого ремесла или прозвища за этим не стоит — только имя, что делает фамилию «прозрачной» по происхождению, но не менее ценной для истории семьи.