Фамилия Зелёненькая — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия и не географическое название, а цвет, и притом в уменьшительно-ласкательной форме. В русской ономастике фамилии, образованные от прилагательных с суффиксом -еньк-, почти всегда указывают на прозвище, данное с оттенком нежности, иронии или снисходительности. «Зелёненький» — так могли назвать ребёнка, который любил зелёную одежду, или человека с зеленоватым оттенком кожи (например, бледного после болезни), или же того, кто постоянно ходил в зелёном кафтане. В отличие от нейтральных «Зелёнов» или «Зеленцов», форма на -еньк- передаёт субъективное, почти ласкательное отношение окружающих.

Словообразовательная модель проста: основа «зелён-» (от «зелёный») плюс суффикс субъективной оценки -еньк-, который в русских фамилиях встречается редко и почти исключительно в южных и западных регионах, где была распространена украинская или белорусская традиция прозвищ. В центральной России такие формы обычно не закреплялись в качестве фамилий, а оставались бытовыми кличками. Поэтому Зелёненькая — фамилия с чёткой региональной привязкой: скорее всего, её корни на Украине или в южнорусских губерниях, где суффикс -еньк- в фамилиях (Коваленький, Беленький) встречается чаще.

Фамилия стоит в женской форме, что сразу указывает на носительницу. Мужской вариант — Зелёненький. Поскольку окончание -ая/-ий типично для полных прилагательных, эта фамилия не склонялась по падежам как типичная русская фамилия на -ов, а оставалась неизменной, что тоже говорит о её позднем закреплении в документах — скорее всего, в XIX веке, когда крестьянам давали фамилии по прозвищам.

Споров о происхождении почти нет: связь с цветом очевидна. Менее вероятная, но допустимая версия — от названия растения (например, «зелёненькая травка»), но тогда прозвище звучало бы как «Травинка» или «Зелёнка». Уменьшительная форма скорее указывает на внешность или одежду, чем на ботанику. В словарях фамилия не фиксируется как частая — её нет в массовых списках Унбегауна, что подтверждает редкость. Для носительницы это означает, что предки, скорее всего, были крестьянами или мещанами юга России, получившими фамилию по яркой бытовой примете.