Фамилия Тирновенко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской ономастике, изначально означал «сын» или «потомок» (сравните с польским -ович или русским -ов). Таким образом, Тирновенко — это «сын Тирнова» или, точнее, «потомок человека по прозвищу Тирновый».

Основа фамилии — прозвище Тирновый. Его происхождение почти наверняка связано со словом «терн» (колючий кустарник). В украинском языке есть слово «терен», а «терновий» означает «терновый». Однако в фамилии мы видим «Тирнов-», а не «Тернов-». Это объясняется диалектными особенностями произношения: в некоторых говорах (особенно южных и восточных) «е» после мягких согласных переходит в «и» (так называемое «иканье»). Поэтому «терновий» в бытовой речи звучало как «тирновий». Прозвище Тирновый могли дать человеку с колючим характером, либо тому, кто жил в зарослях терна, либо имел какое-то отношение к этому растению (например, занимался сбором ягод или изготовлением терновых оград).

Вторая, менее вероятная версия отсылает к болгарскому топониму Тырново (историческая столица Болгарии, ныне Велико-Тырново). В таком случае Тирновенко — потомок выходца из этого города. Но эта гипотеза слабее, потому что фамилии на -енко массово формировались именно из прозвищ, а не из топонимов, и для болгарских корней типичнее суффикс -ов (Тырнов).

Социальный контекст фамилии типичен для украинского казачества и крестьянства. Фамилии на -енко в XVII–XVIII веках активно закреплялись в среде реестровых казаков Левобережной Украины, а затем распространились по всей стране. Тирновенко — фамилия недворянская, неаристократическая, что подтверждается её прозрачной «народной» основой. Носители фамилии — потомки простых людей, получивших прозвище по растению, месту или черте характера. Встречается она преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также в прилегающих регионах России, куда фамилия попала с миграциями.