Фамилия Удоаенко — редкий случай, когда основа не прочитывается сразу. На первый взгляд она напоминает украинские фамилии на -енко, но корень «удоа» не встречается ни в словарях древнерусских имён, ни в распространённых прозвищах. Тут возможны две версии, и обе связаны с искажением исходной формы.

Первая и наиболее вероятная: перед нами вариант фамилии Удовенко. В украинской ономастике суффикс -енко образует фамилии от имён и прозвищ: Удовенко восходит к прозвищу Удова (вдова), которое давали одинокому мужчине или ребёнку, оставшемуся без отца. Замена «в» на «а» могла возникнуть при записи фамилии в российских паспортных столах или воинских присутствиях — диалектное произношение «удова» вместо «вдова» фиксируется в южнорусских говорах. Писарь записал на слух то, что услышал: «Удоа» вместо «Удова», а потом букву «а» механически перенесли и в суффикс.

Вторая версия — связь с личным именем Уда (от древнерусского «уда» — удача, счастье) или крестильным Иуда. Тогда Удоаенко могло означать «сын Уды» или «сын Иуды», но с неожиданным вставным «о» в середине. Такая модель нетипична: суффикс -енко обычно присоединяется к основе без промежуточного «а». Поэтому эта гипотеза слабее.

География фамилии подтверждает первую версию. Удоаенко встречается в основном на юге России и в восточных областях Украины — в тех местах, где фамилии на -енко массово русифицировали, меняя окончания и переставляя буквы. По соседству живут Удовенко, Удовиченко и Удовенковы — все от одного корня «вдова».

Словообразовательно фамилия строится по стандартной украинской модели: основа (искажённое прозвище) + суффикс -енко, указывающий на родство или принадлежность. Носители фамилии по происхождению — потомки вольных казаков или государственных крестьян, среди которых прозвище Удова было распространено. Сословной привилегированности за Удоаенко не числится: это фамилия крестьянского и мещанского корня, без дворянских ветвей.