Фамилия Земленко образована по одной из самых распространённых в украинской и южнорусской ономастике моделей — с помощью суффикса -енко. В XVI–XVII веках этот суффикс в украинских землях означал «сын» или «потомок», то есть Земленко — буквально «сын Земли» или «сын Земляного». Но за этим прозрачным значением скрывается не поэтический образ, а конкретное прозвище или мирское имя.

Основа «Земля» в фамилиях восточных славян редко указывала на стихию или почву. Чаще она означала человека, тесно связанного с землёй как наделом: крестьянина, землевладельца, землемера. В русских говорах «земляк» — это односельчанин, а «земляной» — человек, живущий земледелием. Прозвище Земля могли дать крепкому хозяину, который много времени проводил в поле, или же тому, кто владел большим участком. Встречается и другая версия: в некоторых регионах «землёй» называли человека низкого роста, приземистого, «приземлённого» — это типичный для народной антропонимии перенос внешнего признака.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Земляков, Земляной, Землинский — показывает, что Земленко стоит особняком. Суффикс -енко прикреплён не к прилагательному, а к существительному «земля», что для украинской модели редкость. Обычно так образовывали фамилии от личных имён (Иваненко, Петренко) или профессий (Коваленко, Шевченко). Здесь же в основе — не имя и не ремесло, а топографическая или социальная характеристика. Это позволяет предположить, что фамилия могла возникнуть не в крестьянской среде, а среди казачества или мещан, где прозвища были более образными.

Географически фамилия Земленко тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкасчине, Харьковщине. В России она встречается реже, чаще всего в приграничных с Украиной регионах и на Кубани, куда в XIX веке переселялись украинские крестьяне. В дореволюционных метрических книгах можно найти записи о Земленках среди государственных крестьян и казаков, то есть сословий, где фамилия фиксировалась позже, чем у дворян, но раньше, чем у крепостных.

Спорных версий происхождения немного. Иногда фамилию пытаются связать с еврейским корнем, но это маловероятно: суффикс -енко — типично восточнославянский, а фамилии на -енко у евреев встречаются только в тех регионах, где они жили в окружении украинцев, и обычно имеют иную основу. Правдоподобнее всего видеть в Земленко прозвище земледельца или землевладельца, которое со временем закрепилось за его потомками.