Фамилия Поленко — характерный пример восточнославянской модели образования на -енко, самой распространённой на Украине. Суффикс -енко в XVI–XVIII веках означал «сын», «потомок», «молодой человек». Поэтому Поленко — это буквально «маленький Поля» или «сын Поли». В основе лежит либо краткая форма крестильного имени Поликарп (Поля), либо уменьшительное от имени Павел (Павло → Павленко → Поленко с утратой -в-), либо от имени Аполлон (Аполлоний), которое в народе часто сокращали до Поли.

Вторая версия — прозвищная, не менее вероятная. В русских и украинских говорах словом «поле» называли не только сельскохозяйственные угодья, но и пустошь, выгон. Прозвище Поля могли дать крестьянину, который жил или работал в поле, пастуху, а то и человеку, который «полевал» — то есть разбойничал или бродяжничал. В этом случае Поленко — «потомок Поли», то есть человека с таким прозвищем.

Интересно, что фамилия встречается в двух вариантах ударения: Поленко́ (украинская норма) и По́ленко (русская адаптация). В России её чаще записывали с ударением на первый слог, особенно на юге — в Курской, Воронежской, Белгородской областях, куда активно переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. В самой Украине фамилия распространена равномерно, но чуть чаще в Полтавской и Черниговской губерниях — на исконной территории суффикса -енко.

Сравнение с однокоренными фамилиями даёт дополнительную подсказку. Поленов (с суффиксом -ов) — типично русский вариант, который закрепился в дворянской среде (художник Василий Поленов). Поленко — демократичный, крестьянский или казачий вариант. Если Поленовы часто вели род от Поли (Поликарпа), то Поленко почти наверняка указывает на прозвище или на конкретное лицо, от которого пошла фамилия уже на стадии формирования украинской родовой традиции.

Таким образом, носитель фамилии Поленко с высокой вероятностью имеет предков из украинских или южнорусских крестьян, чей родоначальник носил имя или прозвище Поля. Фамилия не элитарная, но живая — её носит около трёх тысяч человек, в основном в России и на Украине.