Фамилия Цеценко принадлежит к распространённому восточнославянскому типу на -енко. Такой суффикс в украинской ономастике — один из самых продуктивных: он указывал на происхождение по отцу или на принадлежность к роду. Буквально Цеценко — «сын Цеца» или «потомок человека по прозвищу Цец».

Основа фамилии — прозвище Цец. В украинском и южнорусских говорах слово «цець» (или «цеця») имеет несколько значений. Самое прямое — «сосок», «грудь», но в переносном смысле так могли назвать капризного, избалованного человека, «маменькиного сынка». В некоторых диалектах «цець» означало и «молокосос», «неопытный юнец». Впрочем, есть и более нейтральная версия: в польском языке «cec» — это «тетя», «няня», и прозвище могло относиться к кормилице или женщине, вынянчившей чужих детей.

Встречается и тюркская параллель: у народов Северного Кавказа «цец» (чечен. «цIеца») — «огонь», «искра». Это могло быть прозвищем вспыльчивого, горячего человека. Однако для фамилии Цеценко, которая бытует в основном на Украине и в южных областях России, славянская этимология выглядит убедительнее.

География фамилии довольно узкая. По данным современных переписей, Цеценко чаще всего встречается в Полтавской, Сумской и Черниговской областях, то есть на территории бывшей Гетманщины, где фамилии на -енко формировались в XVII–XVIII веках. В России носители сосредоточены в Краснодарском крае и Ростовской области — это следы переселений украинских крестьян в XIX — начале XX века.

Интересно, что фамилия не получила широкого распространения и не дала известных однофамильцев в науке или культуре. Это типичная «кабинетная» фамилия: её носили крестьяне и казаки, и она сохранилась в локальных родах без разветвления на дворянские ветви. Ударение, судя по аналогиям (Кравченко, Шевченко), падает на второй слог: Цеце́нко.