Фамилия Самотоенко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. Этот суффикс в украинской ономастике выполняет роль уменьшительности или, чаще, указывает на происхождение: «чей-то сын», «потомок». Соответственно, Самотоенко — это «сын Самоты» или «потомок человека по прозвищу Самота».

Основа фамилии — прозвище Самота. Его происхождение неочевидно, но есть несколько правдоподобных версий. Самая прямая — от украинского глагола «самотати», то есть «мотать, накручивать» (обычно о нитках, пряже), или от существительного «самота» — «моток, намотанное». В таком случае прозвище могло закрепиться за ткачом, прядильщиком или человеком, чья работа была связана с наматыванием нитей. Менее вероятно, но возможно, что «Самота» — это фонетический вариант слова «самота» в значении «одиночество, затворничество», но для прозвища это значение слишком абстрактно и редко встречается в реальных источниках.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые преобладают в северных и центральных регионах России, фамилии на -енко массово распространены на территории современной Украины и в южных областях России, куда шла активная миграция украинского крестьянства в XVIII–XIX веках. Носители фамилии Самотоенко с наибольшей вероятностью имеют корни из левобережной или степной Украины (Полтавщина, Слобожанщина, Запорожье).

Интересно, что фамилия Самотоенко не имеет аналогов с другими суффиксами (Самотин, Самотиков) в той же степени распространённости. Это говорит о том, что прозвище Самота было локальным и не превратилось в массовое имя. Встречаются также варианты написания Самотейко, Самотенко, но Самотоенко — наиболее устоявшаяся форма. Сословно предки Самотоенко, скорее всего, относились к казачеству или государственным крестьянам, поскольку дворянские фамилии на -енко в Российской империи редки и обычно имеют книжное, а не прозвищное происхождение.