Фамилия Кастыренко — яркий пример украинской модели образования фамилий с суффиксом -енко. Этот суффикс, буквально означающий «маленький» или «сын», в XVI–XVII веках активно вытеснял на Левобережной Украине другие формы и закрепился как главный патронимический показатель. Поэтому Кастыренко — это «сын Кастыря» или «потомок человека по прозвищу Кастырь».

Самая вероятная основа — слово «кастырь». В южнорусских и украинских говорах так называли человека, который кастыряет, то есть пачкает, марает или делает что-то небрежно, кое-как. Сравните с диалектным глаголом «кастырять» — делать плохо, портить. Прозвище Кастырь, скорее всего, носило ироничный или предостерегающий характер: так могли прозвать неаккуратного работника, неумеху или, наоборот, в порядке бытовой антифразы — человека, который любит покомандовать и вмешиваться не в своё дело.

Менее распространённая, но возможная версия связывает фамилию с тюркским корнем «каст» (намерение, умысел). В этом случае Кастырь — человек с умыслом, хитрец. Однако фонетически переход «каст» в «кастырь» менее естественен, и первая версия с диалектным глаголом выглядит убедительнее.

Фамилия Кастыренко — редкая и территориально привязанная. Она почти не встречается в центральных и западных областях Украины, а её очаги находятся на востоке и юге, в частности в бывших слобожанских и запорожских землях. Это совпадает с ареалом активного бытования суффикса -енко в период формирования казацких фамилий.

Родственные фамилии — Кастырский, Кастырин, Кастырко — построены по другим моделям, но восходят к тому же прозвищу. Если Кастыренко — однозначно украинская фамилия, то Кастырин, например, мог возникнуть уже на русской почве при адаптации того же прозвища.