Фамилия Хмельченко — типичный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. В украинской ономастике этот суффикс (а также его варианты -ко, -ченко) исторически выполнял роль отчества или указания на принадлежность к роду: буквально «чей-то сын» или «потомок кого-то». Следовательно, Хмельченко — это «сын Хмелька» или «потомок Хмеля».

Основа фамилии — слово «хмель». В восточнославянской традиции прозвища, образованные от названий растений, были распространены. Человек мог получить прозвище Хмель по нескольким причинам. Самая прямая — род занятий: хмель выращивали и использовали в пивоварении, поэтому Хмелем могли назвать пивовара, торговца хмелем или владельца хмельников. Вторая версия — внешняя или поведенческая: в народной культуре хмель ассоциировался с опьянением, лёгкостью, а иногда и с непостоянством. Прозвище Хмель могло закрепиться за человеком весёлого нрава, любителем выпить или, наоборот, за тем, кто быстро «закипал», как хмельной напиток.

От прозвища Хмель сначала образовалось уменьшительное Хмелько (или Хмелек), а от него — уже фамилия Хмельченко. Уменьшительная форма часто указывала на молодость первого носителя: прозвище дали сыну, а потом оно стало фамилией для всей семьи. По сословному составу фамилия Хмельченко относится к крестьянским и казацким: в реестрах Запорожского войска и переписях Левобережной Украины XVII–XVIII веков встречаются носители этой фамилии. Географически она распространена в центральных и восточных областях Украины, а также на Кубани и в южных регионах России — туда фамилию принесли переселенцы.

В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто фиксировали принадлежность помещику или отцу, украинская модель на -енко указывала на родственную связь без привязки к землевладельцу. Поэтому Хмельченко — это не «хмелёв сын» в прямом смысле, а «потомок того, кого звали Хмель». Фамилия однокоренная с более редкими Хмель, Хмельницкий, Хмелёв, но отличается именно суффиксом, который сразу выдает украинское происхождение.