Фамилия Тодосиенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко. Это одна из самых распространённых фамильных моделей в Украине, где суффикс -енко исторически означал «маленький», «сын» или «потомок». То есть Тодосиенко — буквально «сын Тодосия».

В основе фамилии лежит крестильное имя Тодосий — народная, украинская форма канонического имени Феодосий (от греческого Theodosios — «богом данный»). В украинской традиции начальное «ф» часто переходило в «т» или «хв»: отсюда Тодосий, Хведос, а не Феодосий. Такая замена — не ошибка, а закономерный фонетический процесс, который закрепился в разговорной речи и позже перешёл в фамилии.

Фамилия образована напрямую от имени Тодосий с помощью патронимического суффикса -енко. Родственные фамилии по той же основе — Тодосов, Тодосьев, Тодосийчук, а также Федосеенко, Федосов — показывают, как варьировалось произношение одного имени в разных регионах.

Географически фамилия Тодосиенко тяготеет к центральным и восточным областям Украины, особенно к Полтавщине и Черниговщине. В России она встречается реже, обычно в среде потомков украинских переселенцев на Кубань, Дон и в Сибирь. В XIX веке носители фамилии числились в основном среди казаков и крестьян, но точных сословных данных по всей фамилии нет — в ревизских сказках Тодосиенко встречаются и как государственные крестьяне, и как казаки.

С точки зрения словообразования фамилия прозрачна: основа — имя, суффикс — -енко, никаких дополнительных усложнений. Это говорит о том, что фамилия сложилась достаточно поздно, в XVII–XVIII веках, когда модель на -енко стала массовой и вытеснила более ранние формы на -ов/-ев.