Фамилия Протасенков образована по одной из самых распространённых в России моделей: от личного имени или прозвища с помощью суффикса -енк-, за которым следует фамильный патронимический суффикс -ов. Суффикс -енк- в белорусской и украинской традиции часто указывал на уменьшительность или принадлежность к роду (сын такого-то), а в великорусских фамилиях он нередко закреплялся в форме на -енков. Таким образом, в основе фамилии лежит имя или прозвище Протасенко (или Протаська), которое, в свою очередь, восходит к каноническому крестильному имени Протасий.

Имя Протасий — греческого происхождения, от слова «протао» — «выступать вперёд» или «предшествовать». В святцах оно известно по нескольким раннехристианским мученикам, но на Руси никогда не было частым. В народной речи имя быстро сокращалось: Протас, Протаска, Протасеня. От этих обиходных форм и пошли фамилии Протасов, Протасьев, Протасенков. Фамилия Протасенков — одна из тех, что сохранила именно уменьшительную форму с суффиксом -енк-, что типично для южнорусских и белорусских земель, откуда носители могли переселиться в центральные области.

Словообразовательная цепочка выглядит так: Протасий → Протас (разговорное) → Протасенко (сын Протаса) → Протасенков (русский патроним на -ов от украинско-белорусской основы). Такой перенос суффикса — характерная черта фамилий, возникших на стыке культур: в XVII–XVIII веках выходцы из Малороссии и Белоруссии, попадая в великорусскую среду, переоформляли свои фамилии на привычный -ов, сохраняя исходную основу.

Географически фамилия Протасенков встречается рассеянно, без ярко выраженного гнезда, но чаще всего её носители фиксируются в Курской, Белгородской, Воронежской областях и на юге центральной России. Это косвенно подтверждает версию о переселенческом происхождении. Сословно предки могли быть как крестьянами, так и однодворцами — потомками служилых людей, охранявших южные границы.

Есть и менее вероятная, но любопытная версия: прозвище Протас могло быть связано не с именем, а с глаголом «протаскивать» или «протащить» — так могли называть человека, который «протаскивал» товары без пошлины, то есть контрабандиста, или же просто пронырливого, ловкого человека. Однако в ономастике принято отдавать предпочтение именной основе, если для неё есть прямое соответствие в святцах и множество однокоренных фамилий (Протасов, Протасевич, Протасеня). Фамилия Протасенков вписывается в этот ряд как пример гибридной русско-украинской модели, где исходное прозвище или имя обросло двойным суффиксом.