Фамилия Толомоненко — яркий пример восточноукраинской модели фамилии, образованной по типичной для этих мест словообразовательной схеме. В её основе лежит прозвище, а суффикс «-енко» прямо указывает на происхождение: так называли сына или потомка человека с этим прозвищем. В украинской ономастике суффикс «-енко» — самый распространённый патронимический маркер, и фамилия Толомоненко в этом ряду стоит в одном ряду с сотнями тысяч других.

Корень фамилии — «Толомон» — вызывает наибольший интерес и не имеет однозначного толкования. Вероятнее всего, он восходит к диалектному или искажённому имени. Можно предположить, что это народная форма канонического имени Соломон, где начальное «Т» появилось в результате ассимиляции или просторечного произношения (вроде «Толомон» вместо «Соломон»). Соломон — библейское имя, означающее «мирный». Такое имя давали в народе не только в честь царя, но и как пожелательное, обережное. Если эта версия верна, то Толомоненко — «сын Соломона».

Менее вероятная, но допустимая версия — прозвище Толомон могло возникнуть от глагола «толомить» (в некоторых говорах — «толочь», «мять», «утомлять»). Тогда прозвище мог получить человек медлительный, «толомонный», или, наоборот, настойчивый, «толкущий» одно и то же. Однако в украинском языке этот глагол не так широко распространён, как в русских северных говорах, поэтому связь с именем Соломон выглядит предпочтительнее.

Географически фамилия Толомоненко тяготеет к центральным и восточным областям Украины, особенно к Полтавщине и Черкасчине — зоне активного бытования фамилий на «-енко». Встречаются также варианты написания: Толоманоненко (с «а» в корне) или Толомонченко, что говорит о неустойчивости гласной в безударной позиции. В дореволюционных метрических книгах можно найти запись «Толомоненко» с двойным «н» (Толомоненко), но это, скорее всего, описка писаря. Социально фамилия не несёт сословной окраски — её носителями были казаки, крестьяне и мещане, то есть свободное население, не имевшее дворянских привилегий.