Фамилия Валентеенко — яркий пример украинской модели образования фамилий с суффиксом -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в украинской ономастике, буквально означает «маленький» или «сын» (как русское -ович/-евич). Таким образом, Валентеенко — это «сын Валентея» или «потомок Валентея».

В основе фамилии лежит имя Валентей, которое является народной, разговорной формой крестильного имени Валентин. Имя Валентин происходит от латинского «valens» — «сильный, здоровый, мощный». В старину на Руси и в Украине церковные имена часто трансформировались в более простые для произношения бытовые формы: Валентин превращался в Валентей, а уже от него образовывалась фамилия. Такая модель — от усечённой или суффиксальной формы имени — типична для восточнославянских фамилий.

Спорных версий происхождения у этой фамилии практически нет. Фонетика и суффикс однозначно указывают на украинскую среду бытования. Можно было бы предположить польское влияние (окончание -ей), но в сочетании с -енко это маловероятно: польские фамилии чаще заканчиваются на -ович, -ский или -ук. Поэтому правдоподобнее всего рассматривать Валентеенко как фамилию, возникшую на территории современной Украины в XVII–XVIII веках, когда суффикс -енко переживал пик популярности.

В отличие от многих фамилий на -енко, которые часто образованы от прозвищ по профессии (Коваленко — сын кузнеца), Валентеенко — патронимическая фамилия, то есть напрямую указывающая на имя отца или деда. Это значит, что предок носителя фамилии был просто Валентей (Валентин), и не обязательно был выдающимся человеком, чтобы передать своё имя потомкам. Фамилия закрепилась за его детьми и внуками как родовое прозвище.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины, хотя сегодня встречается и в России, куда попала в ходе миграций. Из-за редкого сочетания букв («ее» в середине) фамилия иногда искажается при записи — встречаются варианты Валентиенко или Валентеенко с одной «е». Однако исторически верным считается написание через двойное «е», отражающее суффиксальное наращение.