Фамилия Червоноокая — редкий случай, когда прозвище почти не изменилось при переходе в фамилию и сохранило первоначальную форму женского рода. Это не притяжательное прилагательное с суффиксами -ов или -ин, а полное прилагательное с окончанием -ая. Такая модель образования характерна для украинской ономастики и южнорусских говоров: фамилию давали по устойчивому внешнему признаку человека.

Основа фамилии — украинское слово «червоний» (красный) и «око» (глаз). «Червоноокая» — «красноглазая». Прозвище могли дать человеку с красноватым оттенком глаз (например, при светлой радужке с сильной сосудистой сеткой), с воспалёнными или заплаканными глазами, а также — в переносном смысле — тому, кто много плакал или постоянно был раздражён. В украинских говорах «червоні очі» могли назвать глаза после бессонной ночи или после употребления алкоголя. В отличие от фамилий типа Красноглазов, где основа русифицирована, Червоноокая прямо указывает на украинскую языковую среду.

Встречается эта фамилия почти исключительно на Украине, преимущественно в центральных и северных областях — Черкасской, Киевской, Полтавской. В России она единична, что подтверждает её локальное происхождение. Поскольку фамилия сохранила женское окончание, она могла закрепиться за женщиной-вдовой или за дочерью, которую в крестьянском быту называли по прозвищу матери. Мужской вариант — Червоноокий — встречается ещё реже, но логически вытекает из той же модели.

Сословно носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или казаками. В реестрах Войска Запорожского встречаются прозвища на -окий, но фамилия Червоноокая не фиксируется в ранних документах — это говорит о том, что она оформилась позже, в XIX веке, при массовом закреплении фамилий за бывшими крепостными. Никакой связи с дворянством или духовенством у этой фамилии нет.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Червоный, Червона, Червоноок — показывает, что Червоноокая стоит особняком: она единственная сохраняет описательный характер прозвища, а не переходит в стандартную патронимическую форму. Это делает её ценной для диалектологов и историков украинской антропонимии.