Фамилия Товстенко образована по распространенной на украинских землях модели от прозвища Товста. В его основе лежит украинское прилагательное «товстий», то есть «толстый» (в диалектном произношении — «товстiй»). Так могли назвать дородного, тучного человека, и в этом прозвище не было ничего уничижительного: полнота издавна считалась признаком здоровья, достатка и физической силы.

Суффикс -енко в этой фамилии указывает на патронимическое происхождение. Первоначально форма Товстенко означала «сын Товсты» или «потомок Товсты». Такая словообразовательная модель была особенно характерна для левобережной Украины и Запорожья, где фамилии на -енко активно формировались в XVII–XVIII веках. Массово закреплялись они за казацкими родами, а затем распространились среди крестьянства и мещанства.

Прозвище Товста, изначально присоединенное к наследственному имени, со временем полностью заменило его как в повседневном общении, так и в официальных документах. Скорее всего, предок Товстенко был выходцем из крестьянской или купеческой среды — тех слоев, где прозвища, данные по внешним признакам, закреплялись за семьей наиболее естественно.

Родственные фамилии — Товстый, Товстоног, Товстолуцкий, Товстюк — встречаются по всей Украине и в южнорусских областях. Все они восходят к тому же корню, но Товстенко выделяется именно патронимической формой: она не просто описывает человека, а связывает его с конкретным предком по имени Товста. Среди носителей фамилии нет общеизвестных исторических фигур, но это типичная украинская фамилия, сохранившая память о прозвище, которому уже несколько столетий.