Фамилия Костиюченко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках была распространена в Поднепровье, на Левобережной Украине и в Слобожанщине. Суффикс -енко в украинской ономастике указывал на потомка или младшего члена семьи: буквально «маленький», «сын такого-то». Поэтому Костиюченко — это «сын Костиюка» или «потомок Костиюка».

Основа фамилии — Костиюк, которая, в свою очередь, происходит от имени Константин или его уменьшительной формы Костя. Суффикс -юк в украинском языке также имеет значение принадлежности: Костиюк — «маленький Костя», «Костин сын». То есть цепочка выглядит так: Константин → Костя → Костиюк → Костиюченко. Двойной суффикс (-юк + -енко) — не редкость в украинских фамилиях, он подчёркивает, что носитель является потомком уже не просто Кости, а человека, которого в семье называли Костиюком.

Географически фамилия Костиюченко чаще всего встречается в центральных и восточных областях Украины — Черкасской, Полтавской, Кировоградской, а также в смежных регионах России. В документах XVIII–XIX веков носители этой фамилии фиксировались преимущественно среди казаков и крестьян. В реестрах Запорожского войска и метрических книгах Полтавской губернии встречаются как Костюченко, так и Костиюченко — варианты написания могли различаться из-за местных говоров: чередование «ю» и «и» в суффиксе характерно для некоторых украинских диалектов.

Стоит обратить внимание, что фамилия Костиюченко не имеет отношения к слову «кость» или прозвищу, связанному с костью, как иногда ошибочно предполагают. Это чисто патронимическая фамилия, образованная от христианского имени. Все попытки вывести её из анатомической лексики — народная этимология, не подтверждённая историческими данными.