Фамилия Тимошенко — одна из тех распространенных славянских фамилий, которые образованы не от полного крестильного имени, а от его уменьшительно-ласкательной формы. В основе лежит имя Тимоша — производное от Тимофей. Само имя восходит к древнегреческому timotheos, что означает «почитающий Бога». Поэтому изначально фамилию Тимошенко понимали буквально: «сын Тимоши».

Словообразовательная модель здесь простая и характерная для украинской и южнорусской традиции: суффикс -енко указывает на родство по отцу. Потомок человека по имени Тимоша со временем получал фамилию Тимошенко. Аналогично строились фамилии с суффиксами -онок, -енок, -ко, которые часто использовались при образовании славянских родовых именований.

Покровителем имени Тимофей считается апостол Тимофей, один из самых верных и любимых учеников апостола Павла. Павел называл его «мой возлюбленный и верный в Господе сын». По преданию, освободившись из первого заключения в Риме, апостол Павел предпринял с Тимофеем поездку на Восток и оставил его в Эфесе епископом. Тимофей проповедовал фессалоникийцам и наставлял в вере коринфян. О его последних годах достоверной информации нет, но предание сообщает, что он, как и его учитель, умер мучеником около 80 года. Дни памяти апостола Тимофея приходятся на 4 и 22 января.

В архивных документах фамилия встречается с XIX века. Например, в Книге памяти Краснодарского края упоминается Максим Степанович Тимошенко, родившийся в 1882 году в станице Старощербиновской. В Книге памяти Республики Башкортостан содержится информация о Мамонте Михайловиче Тимошенко, родившемся в 1886 году в Черниговской области. Эти записи показывают, как широко фамилия распространилась по территории Российской империи — от Кубани до Черниговщины.

Среди известных носителей фамилии — люди самых разных профессий и эпох. Иван Елеазарович Тимошенко (1844 — после 1904) был писателем. Семён Алексеевич Тимошенко (1899—1958) — советский кинорежиссёр. Семён Константинович Тимошенко (1895—1970) — Маршал Советского Союза, дважды Герой Советского Союза. Владимир Иванович Тимошенко (р. 1938) — советский и российский учёный. Юлия Владимировна Тимошенко — политический деятель, премьер-министр Украины в 2005 и с 2007 по 2010 годы. Александра Александровна Тимошенко — советская и украинская спортсменка по художественной гимнастике.

Особенность фамилии в том, что она одинаково органично звучит и в русской, и в украинской среде, что отражает давние культурные связи этих народов. Разные ветви рода Тимошенко могли не иметь между собой ничего общего, кроме имени дальнего предка, которого в быту звали просто Тимошей.