Фамилия Пимеенко — характерный пример украинской модели образования фамилий на -енко. Этот суффикс в XVI–XVII веках закрепился в Поднепровье и на Левобережной Украине как патронимический, то есть указывающий на происхождение по отцу: Пимеенко — «сын или потомок Пимея». Формант -енко в украинской ономастике со временем стал настолько массовым, что почти вытеснил русские -ов и -ин, и сегодня это самая распространённая группа фамилий в Украине.

Основа фамилии — редкое каноническое имя Пимен. В православных святцах имя Пимен (от греческого poimen — «пастух», «пастырь») носил преподобный Пимен Великий, египетский отшельник IV–V веков. В народной русской и украинской традиции имя давали в честь этого святого, но широкого распространения оно не получило, встречаясь в основном в монашеской среде и среди духовенства. Отсюда и фамилия Пименов в России, а в украинском варианте — Пимененко или, с характерной заменой «н» на «е» под влиянием местных говоров, Пимеенко.

Интересная деталь: в некоторых регионах Украины, особенно на Полтавщине и Черниговщине, имя Пимен в бытовой речи сокращали до Пима, что дало параллельные фамилии Пименко, Пимак, Пимченко. Форма Пимеенко с двойным «е» — результат народной этимологии, когда суффикс -ен- слился с окончанием основы, создав ощущение более «правильного» патронимима.

Сословная принадлежность носителей фамилии не закреплена строго: Пимеенко могли быть и крестьянами, и казаками, и церковнослужителями. В реестрах Запорожского войска встречаются фамилии на -енко с основами от редких имён, что говорит о том, что имя Пимен из святцев попадало и в казачью среду, хотя и редко. Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям Украины, где церковное влияние было сильнее, а греческие имена приживались чаще, чем на юге.

В написании фамилии возможны варианты: Пимеенко, Пимененко, Пимиенко. Последний — результат влияния литературной нормы, где сохраняется «и» в корне. В современной Украине фамилия остаётся редкой, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: круг предков, скорее всего, был узким и локальным.