Фамилия Сыротенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках была продуктивной на Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко первоначально означал «сын», «потомок» или «младший родственник», поэтому Сыротенко — это буквально «Сырота» + «енко», то есть сын или потомок человека по прозвищу Сырота.

В основе фамилии лежит слово «сирота» (в украинском произношении — «сирота», но написание могло закрепиться через «ы» под влиянием русской орфографии или местных говоров). Прозвище Сырота давали не обязательно круглому сироте без родителей. В славянской традиции так могли назвать одинокого, бедного или безземельного крестьянина, человека, оторванного от рода, пришлого, не имеющего за душой ничего. В некоторых говорах «сиротой» называли также неженатого мужчину или вдовца. Таким образом, первый носитель прозвища Сырота мог быть человеком без семейной поддержки, батраком или переселенцем.

Географически фамилия Сыротенко чаще всего встречается в центральных и восточных областях Украины — Полтавской, Черкасской, Сумской, а также в южных регионах России, куда переселялись украинские крестьяне в XIX веке. Это типичная казацкая или крестьянская фамилия: суффикс -енко в малороссийской среде носили все сословия, но особенно часто — свободные казаки и государственные крестьяне.

Среди однокоренных фамилий — Сыротюк, Сыротский, Сырота, Сиротенко. Вариант с «ы» (Сыротенко) встречается реже, чем с «и» (Сиротенко), и может указывать на закрепление написания в документах Российской империи, где буква «ы» после «с» была привычной. В украинском языке норма — «Сиротенко», но в русскоязычной среде прижился вариант через «ы».