Фамилия Серёженькина — редкий случай в русской ономастике, и её разбор стоит начать с суффикса. Перед нами не стандартная модель на -ов или -ин, а форма с двойным суффиксом: -енк- + -ин. Первая часть (-енк-) в русских фамилиях чаще встречается на Украине и в южнорусских землях, где она образовывала уменьшительно-ласкательные или уничижительные прозвища (сравните: Коваленко, Петренко). Но здесь этот суффикс не конечный: к нему добавили русский притяжательный суффикс -ин, что даёт гибридную конструкцию. Такое наращение могло произойти при русификации украинской фамилии (Серёженко → Серёженькин) или при образовании от прозвища, уже имевшего суффикс -енк-.

Основа фамилии — имя Серёжа, народная форма канонического имени Сергий (от латинского «слуга» или, по другой версии, от этрусского корня). Но в отличие от распространённых Серёгин или Серёжкин, здесь основа удлинена: Серёженька — это ласкательная форма имени с суффиксом -еньк-, типичным для русских уменьшительных имён (Ваня — Ванечка, Коля — Коленька). То есть Серёженька — это «милый Серёжа», «Серёжа-лапочка». Фамилия буквально означает «чей? — Серёженькин», то есть принадлежащий человеку, которого в быту звали такой ласковой формой. Вероятнее всего, предок носителя фамилии был либо ребёнком (сыном Серёженьки), либо сам носил прозвище Серёженька — например, за мягкий нрав или малый рост.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где пересекались южнорусская и среднерусская модели: возможны корни в Курской, Воронежской или Рязанской областях. В дореволюционных метрических книгах она встречается редко, что подтверждает её локальный и поздний характер — скорее всего, фамилия оформилась в XVIII–XIX веках, когда крестьянам массово давали фамилии по уличным прозвищам или именам отца. Сословная принадлежность, скорее всего, крестьянская или мещанская: дворянские роды с таким окончанием не фиксируются.

Отдельно стоит отметить, что фамилия Серёженькина — женская форма; мужской вариант — Серёженькин. В современном русском языке она сохраняет редкое фонетическое звучание: сочетание «женьк» создаёт впечатление уменьшительности, что делает фамилию почти уникальной. Однокоренных аналогов в общероссийском масштабе практически нет: встречаются Серёженков, Серёженьков, но все они единичны. Таким образом, носительница фамилии может быть уверена, что её родовая история — не про «сына Серёги», а про конкретного человека, которого в своей семье называли ласково — Серёженька.