Фамилия Сербенко — один из характерных примеров украинской фамильной модели на -енко. В украинской ономастике суффикс -енко означает «сын» или «потомок», то есть Сербенко буквально — «сын Серба». Это так называемые «патронимические» фамилии, которые массово закрепились в Левобережной Украине (Черниговщина, Полтавщина, Слобожанщина) в XVII–XVIII веках. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто фиксировали принадлежность отцу или барину, украинские -енко подчёркивали именно родство по отцу.

Основа фамилии — прозвище Серб. В прямом смысле оно указывало на этническое происхождение предка: серба. Однако в условиях Украины XVI–XVII веков это не обязательно означало выходца с Балкан. «Сербами» или «сербскими людьми» на русской и украинской службе называли также валахов, молдаван и вообще православных переселенцев с юга, которые нанимались в казачьи отряды или несли пограничную службу. Поэтому предок Сербенко мог быть не этническим сербом, а, скажем, запорожским казаком с прозвищем Серб — по месту прежнего жительства или по службе.

Встречается и менее вероятная версия — связь с диалектным словом «серб» или «сербать» (хлебать, есть жидкое). Но для фамилии Сербенко такая этимология маловероятна: суффикс -енко чётко указывает на личное имя или прозвище отца, а не на глагол.

Географически фамилия Сербенко распространена преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также в приграничных районах России (Белгородская, Воронежская области), куда переселялись украинские крестьяне и казаки в XVIII–XIX веках. Встречаются варианты написания: Сербенко, Сербенков (обрусевшая форма), реже — Сербиненко.

В сословном отношении носители фамилии относились к казачеству и крестьянству. Дворянских родов Сербенко не зафиксировано, что типично для фамилий на -енко: они редко попадали в дворянские родословные книги, так как формировались в среде свободных, но не служилых людей.