Фамилия Стародубнко с большой вероятностью — результат искажения или описки. В русском языке нет суффикса -нко, который образовывал бы фамилии от прилагательных; стандартная украинская модель — это -енко, -ко или -ук. Поэтому исходная форма, скорее всего, Стародубенко или Стародубко. Первая версия — самая частая: Стародубенко — типичная украинская фамилия, образованная от прозвища или названия города Стародуб (ныне в Брянской области). Суффикс -енко («маленький», «сын») указывает на происхождение от человека, связанного с этим топонимом: «сын стародубца» или «выходец из Стародуба».

Вторая версия — Стародубко. В таком случае фамилия образована напрямую от прозвища Стародуб, а суффикс -ко (уменьшительный или принадлежный) — распространён в украинской и южнорусской ономастике. Прозвище Стародуб могли дать человеку с сединой («старый дуб») либо по месту жительства — возле старого дуба. Дуб в народной культуре — символ силы и долголетия, поэтому прозвище могло быть уважительным, а не насмешливым.

Форма Стародубнко встречается редко и, скорее всего, возникла при записи фамилии в документах: букву «е» или «о» потеряли при произношении (Стародуб[е]нко → Стародубнко), либо это результат ошибки писаря. В любом случае, корень фамилии прозрачен: основа «стародуб» (от «старый дуб» или «город Стародуб»), а суффикс указывает на украинское или западнорусское происхождение предка. Сословно носители такой фамилии в XIX веке чаще всего были крестьянами или казаками — в Черниговской, Полтавской, Курской губерниях.