Фамилия Жеменко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках получила широчайшее распространение в Поднепровье, Слобожанщине и южных регионах. Суффикс -енко в украинской ономастике выполнял роль патронимического показателя, то есть указывал на происхождение от отца: буквально «маленький», «сын» или «потомок» такого-то. В этом смысле Жеменко — не исключение, и его основа — личное имя или прозвище Жема.

Сам корень «жем-» вызывает вопросы, поскольку в русском и украинском языках нет очевидного слова с таким значением. Наиболее правдоподобная версия связывает Жему с разговорной формой крестильного имени Евфимий (в русской традиции — Ефим). В украинском языке имя Ефим могло звучать как Юхим, Йохим или Хима, но в некоторых диалектах возникали стяжённые варианты с начальным «ж» — например, Жима или Жема. Это не уникальный случай: фамилии Жемчужников, Жемерикин имеют иной корень (жемчуг), а вот Жеменко, Жемов, Жемин явно тяготеют к личному имени. Подтверждением служит наличие однокоренных украинских фамилий Жеменюк, Жема, Жемко, которые бытуют в Винницкой, Хмельницкой и Черкасской областях.

Вторая, менее вероятная гипотеза выводит Жему из прозвища, связанного с диалектным глаголом «жемати» — мять, сжимать. Такое прозвище мог получить человек с привычкой сжимать губы или руки, либо тот, кто занимался отжимом чего-либо (например, в сыроварении или ткачестве). Однако эта версия слабее, потому что глагол «жемати» довольно редок и не дал массового прозвищного фонда.

Географически фамилия Жеменко сегодня встречается прежде всего на Украине — в центральных и восточных областях, а также среди потомков переселенцев в Краснодарском крае и Ростовской области России. По переписям XIX века носители фамилии числились в основном среди казачества и крестьян Полтавской и Харьковской губерний. Таким образом, предки современного Жеменко — скорее всего, украинский крестьянин или казак, которого в быту звали Жема (в значении «Ефим»), а его дети и внуки закрепили отчество в форме фамилии.