Фамилия Желноватенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XIX веках была распространена на Левобережной и Слободской Украине, а позже — на Кубани и юге России. Суффикс -енко в украинской ономастике означал в первую очередь «сын» или «потомок» (отчество), поэтому фамилия буквально читается как «сын Желноватого». Вопрос в том, кто такой Желноватый.

Основа фамилии — прозвище Желноватый, которое могло иметь несколько значений. Самое прямое — от прилагательного «желноватый» в значении «желтоватый», «с желтизной». Так могли назвать человека со светлыми, рыжеватыми волосами, с желтоватым оттенком кожи или, в переносном смысле, «желторотого» — молодого, неопытного. В говорах южнорусских и украинских областей слово «желна» означало «желтуха», а «желноватый» — «болезненный, с желтизной лица». Это ещё одна вероятная версия: прозвище могло закрепиться за человеком, перенёсшим желтуху или имевшим характерный цвет лица.

Сложнее обстоит дело с корнем. В русских фамилиях есть созвучная группа: Желнов, Желнин, Желнаков. Слово «желна» (или «жёлна») — это чёрный дятел, птица из семейства дятловых. В псковских и тверских говорах «желна» — также «кабан» или «дикая свинья». Однако фамилия Желноватенко образована не от «желна», а от формы «Желноватый», что указывает на качественный признак, а не на птицу или животное. Версия с дятлом здесь маловероятна: суффикс -оват- в прозвище не характерен для отсылок к животным.

Географически фамилия тяготеет к украинским регионам: в ревизских сказках и метрических книгах XIX века Желноватенко встречаются в Полтавской, Харьковской, Екатеринославской губерниях. Позднее значительная часть носителей переселилась на Кубань — в Краснодарский край и Ростовскую область. В России фамилия редкая, не входит в сотни самых распространённых.

Таким образом, предок носителя фамилии Желноватенко — человек по прозвищу Желноватый, получивший его, скорее всего, из-за внешнего признака (светлые или рыжеватые волосы, желтоватый цвет лица). Фамилия сформировалась по украинской патронимической модели и закрепилась в среде казачества и крестьянства южных губерний.