Фамилия Золоторенко образована от прозвища Золотарь. Так в старину называли золотых дел мастера, ювелира или позолотчика. Прозвище относилось к «профессиональным» именованиям: оно прямо указывало на род занятий человека. Со временем прозвище закрепилось как наследственное имя и полностью вытеснило прежнее крестильное имя.

Модель образования фамилии — типично украинская. Суффикс -енко (в белорусском варианте -еня) означает «сын» или «потомок»: Золоторенко — буквально «сын Золотаря». Такие фамилии массово формировались в XVI–XVII веках на землях Речи Посполитой и позже — в Гетманщине. Если бы фамилия сложилась в великорусских землях, она, скорее всего, приняла бы форму Золотарев (с суффиксом принадлежности -ев).

Чередование а/о в основе — не ошибка, а отражение живой речи. В украинских и южнорусских «окающих» говорах безударный «а» могли произносить как «о»: Золотарь → Золотор. Отсюда и фамилия Золоторенко, а не Золотаренко.

Таким образом, предки современных носителей фамилии с высокой вероятностью жили на территории современной Украины или юга России и занимались ювелирным делом — изготовлением украшений, позолотой икон или церковной утвари. Встречается фамилия и в списках запорожских казаков, но подтвердить массовое распространение именно в казачьей среде сложно — ремесло золотаря не было типичным для военного сословия.