Фамилия Штыменко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках стала массово вытеснять более ранние прозвища и отчества. Суффикс -енко исходно означал «маленький», «сын» или «потомок», поэтому Штыменко — это буквально «сын Штыма» или «потомок человека по прозвищу Штым».

Основа фамилии — прозвище Штым — вызывает вопросы. В украинском языке слово «штим» (от немецкого Stimm) закрепилось в диалектах как «голос», «лад», «строй», а также как музыкальный термин «камертон». В ремесленной среде «штимом» могли называть настройщика музыкальных инструментов или человека с поставленным, сильным голосом. Однако есть и более прозаичная версия: в южнорусских и украинских говорах «штымать» означало «упрямиться», «капризничать», «ломаться». Тогда Штым — прозвище упрямого, своенравного человека, которое затем стало фамилией.

География фамилии указывает на её устойчивую привязку к Левобережной Украине и югу России. Наибольшая концентрация носителей Штыменко фиксируется в Сумской, Полтавской и Харьковской областях, а также в Краснодарском крае и Ростовской области — регионах, куда активно переселялись малороссы в XIX–XX веках. Фамилия не была дворянской: в реестрах казацкой старшины и списках шляхты она не встречается, что говорит о её крестьянском или мещанском происхождении.

Интересная деталь: в отличие от большинства фамилий на -енко, которые образованы от полных крестильных имён (Иваненко, Петренко), Штыменко стоит особняком. Его основа — не имя, а прозвище, причём довольно редкое. Это делает фамилию более «молодой» по сравнению, скажем, с той же Фоменко: она возникла, когда прозвища уже окончательно закреплялись как родовые имена, а не как временные характеристики человека.