Фамилия Томошенко — характерный пример восточноукраинской модели фамилий на -енко. Этот суффикс, означавший в XVI–XVII веках «сын» или «потомок» («Томошенко» = «Томоша» + «енко»), постепенно закрепился в качестве родового имени и стал самым распространённым на Левобережной Украине. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречались в северных и центральных великорусских землях, модель на -енко плотно связана с казацкой средой и территорией бывшей Гетманщины.

Основа фамилии — имя Томош, редукция от Фома (греч. Θωμᾶς — «близнец»). В украинской народной традиции звук [ф] часто заменялся на [т] или [хв], поэтому канонический Фома превращался в Хома, а в бытовой речи — в Тома, Томош. «Томошенко» — это не «сын Томаша» (польского варианта имени), а именно потомок украинского Томоша. Это отличает фамилию от, скажем, Томашевского, где суффикс -евский указывает на шляхетское или топонимическое происхождение.

В документах XIX века фамилия встречается преимущественно в Черниговской, Полтавской и Харьковской губерниях. Носители Томошенко входили в сословие казаков и государственных крестьян — реестры малороссийских полков фиксируют подобные фамилии у рядовых казаков, а не у старшины. В современных украинских областях фамилия остаётся редкой, но не исчезнувшей: по данным переписей, её концентрация выше всего в Черниговской области и на смежных территориях Беларуси (Гомельщина), что указывает на исторические миграции в пределах Речи Посполитой.

Есть и альтернативная версия, связывающая фамилию с польским Tomosz (от Томаш) и суффиксом -енко, который в XVII веке проникал в польскую ономастику через украинское влияние. Однако она менее убедительна: для польских фамилий типичнее окончания -ович, -ский, а не -енко. Вероятнее, что Томошенко — исконно украинская фамилия, возникшая в среде, где церковное имя Фома прошло через народную фонетическую переработку.