Фамилия Толтокоенко — редкий случай, когда прозвище разобрали на составные части и склеили обратно уже по украинской модели. Её основа — «толтокой» — сложное слово, которое состоит из двух корней: «толк» (от «толочь», «толкать») и «кой» (от «койка», «покой», или, что вероятнее, от тюркского «кой» — «овца», «баран»). Но первое, что бросается в глаза, — суффикс.

Суффикс -енко — типично украинский патронимический, означает «сын» или «потомок». В XVII–XVIII веках на Левобережной и Слободской Украине так образовывали фамилии казаков, мещан и крестьян. Толтокоенко — буквально «сын Толтокоя», где Толтокой — личное прозвище отца. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, украинские на -енко не склонялись по падежам как прилагательные, что и сейчас видно: мы говорим «у Толтокоенко», а не «у Толтокоенкова».

Самая правдоподобная версия происхождения прозвища — тюркская. В южнорусских и украинских степях с XVI века было много контактов с ногайцами, татарами и турками. «Толтокой» могло возникнуть как искажённое тюркское прозвище: например, от toltı qoy — «сытый баран» или «жирная овца». В кочевой среде такие прозвища давали либо за дородность, либо за медлительность, либо в насмешку. Учитывая, что фамилия редкая, а её носители встречаются в основном в центральных и южных областях Украины, эта версия выглядит сильнее, чем попытка вывести «толтокой» из славянского «толочь» и «покой» — такое словосложение нехарактерно для восточнославянской антропонимии.

Менее вероятно, но возможно, что «толтокой» — это переосмысленное диалектное слово. В некоторых говорах «толтокой» могло означать «толкучка», «суета» или «место, где толкут зерно». Тогда прозвище дали человеку суетливому или работающему на мельнице. Но эта версия не подкреплена ни одним диалектным словарём, поэтому остаётся лишь догадкой.

География фамилии узкая. По данным современных архивов, Толтокоенко встречаются в Киевской, Черкасской и Полтавской областях. В России эта фамилия почти не фиксируется, что подтверждает её украинское происхождение и казачью среду бытования. Сословно предки Толтокоенко, скорее всего, были либо казаками, либо государственными крестьянами — у шляхты и мещан фамилии на -енко тоже встречались, но реже. Точных данных о дворянстве этой фамилии нет.

В написании возможна путаница: в старых метрических книгах фамилию могли записать как «Толтокоенко», «Толтокоенко» или даже «Толтокойло» — последний вариант указывает на другой суффикс (-ло, характерный для прозвищ вроде «Торопыло»). Но современный стандарт закрепился именно с -енко.