Фамилия Жолтенко звучит на слух как нечто «жёлтое», и это верное направление. В её основе лежит украинское или южнорусское прозвище Жовтий, Жолтий — то есть «жёлтый». Такие прозвища в народе давали по разным приметам: за цвет волос (светлый, соломенный, рыжеватый), за бледную или желтоватую кожу, а иногда — за привычку носить одежду определённого цвета. Суффикс -енко — классический украинский патронимический формант, который изначально означал «сын» или «потомок». То есть Жолтенко — это буквально «сын Жолтого», «маленький Жёлтый». По этой модели образованы тысячи украинских фамилий: Шевченко, Коваленко, Ткаченко.

В отличие от русских фамилий на -ов, которые закрепились за крестьянами и мещанами, фамилии на -енко в XVII–XVIII веках активно формировались в среде казачества и мещанства Левобережной и Слободской Украины. Жолтенко — типичный пример такой фамилии, которая могла принадлежать как реестровому казаку, так и свободному земледельцу. Встречается она и в южных областях России (Курская, Белгородская, Воронежская области), куда переселялись украинцы в XVIII–XIX веках.

Интересная деталь: если бы фамилия писалась через «ё» (Жёлтенко), то связь с цветом была бы очевидна. Но написание через «о» — Жолтенко — отражает старую орфографическую норму, когда после шипящих под ударением писали «о» (ср. «жолтый» в дореволюционных текстах). В паспортах и документах XX века написание могло как сохраниться, так и исправиться на Ё, но вариант Жолтенко остался очень распространённым.

Редких или экзотических версий происхождения у этой фамилии нет. Корень «жолт-» настолько прозрачен, что альтернативные гипотезы (связь с тюркскими корнями или географическими названиями) не выдерживают критики. Фамилия недвусмысленно указывает на внешность или прозвище предка — человека, которого в округе звали Жёлтым.