Фамилия Старенька — редкий случай, когда написание почти полностью совпадает с произношением, но именно это и скрывает её истинное происхождение. Вопреки первому впечатлению, корень здесь не «стар-» в значении «пожилой», а, скорее всего, диалектное или искажённое «ста́ренька» — от слова «ста́рец» или «ста́роста». В украинском, белорусском и южнорусских говорах суффикс «-еньк-» часто придаёт не уменьшительность, а принадлежность или свойство: «старенька» могла быть женой старца (монаха, отшельника) или женой старосты.

Однако есть и вторая, не менее вероятная версия. Фамилия могла возникнуть как прозвище, записанное на слух: «Старенька» — от прилагательного «старый» в значении «опытный, бывалый», но с тем же суффиксальным оформлением, характерным для украинских фамилий на -енко, -енько. В таком случае «Старенька» — это не «маленькая старуха», а «потомок Старого» или «сын Старца». Форма на -а, а не на -о, указывает на то, что фамилия, скорее всего, украинская или белорусская, где окончание -а в фамилиях на -енко встречается в родительном падеже (Старенька — «из рода Стареньких»).

Географически фамилия крайне редкая. В современных базах данных она встречается единично, преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также среди потомков переселенцев на юге России. Сословно носители, вероятно, были крестьянами или казаками — в дворянских родословных книгах такая фамилия не зафиксирована.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Старенков, Стариков, Старченко) показывает, что модель «Старенька» уникальна: она не вписывается ни в стандартную русскую схему на -ов/-ин, ни в типичную украинскую на -енко. Это говорит о том, что фамилия могла закрепиться в результате ошибки писаря или как местное, «говорящее» прозвище целой семьи. Спор между двумя версиями разрешается в пользу прозвищной: «Старенька» — это не отчество, а прозвище, данное предку за его возраст или положение, и лишь потом осмысленное как фамилия.