Фамилия Кожемяченко образована от прозвища Кожемяка — так в старину называли кожевника, который мял и выделывал сыромять. Из такой кожи шили конскую упряжь, сбрую, ремешки для приводов и сшивки. Прозвище относилось к «профессиональным» именованиям и прямо указывало на ремесло предка. Со временем прозвище закрепилось как наследственное имя и полностью вытеснило прежнее, мирское или крестильное, в быту и документах.

Фамилия построена по украинской модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках был распространён в Поднепровье и на Левобережье. Суффикс -енко означал «сын» или «потомок»: Кожемяченко — буквально «сын Кожемяки». Это одна из самых частых моделей украинских фамилий, и её присутствие в фамилии Кожемяченко указывает на вероятное происхождение рода из земель, входивших в Речь Посполитую или Гетманщину.

В отличие от русских фамилий на -ов (Кожемяков), украинская форма -енко дольше сохраняла связь с отчеством и не сразу стала наследственной. Это значит, что в XVII–XVIII веках Кожемяченко могло быть не фамилией в современном смысле, а именованием по отцу, которое позже закрепилось за целым родом. Однокоренные фамилии — Кожемякин, Кожемяков, Кожемяка — встречаются в разных регионах, но именно форма на -енко выдаёт украинские корни.

Прозвище Кожемяка известно не только по ремеслу. В русских былинах упоминается Никита Кожемяка — богатырь, который в одиночку разрывал сырые воловьи шкуры. Однако связывать напрямую фамилию с былинным персонажем рискованно: скорее, прозвище возникло у реального кожевника, а уже потом могло ассоциироваться с фольклорным героем. Прямых подтверждений, что предки Кожемяченко происходят от легендарного Никиты, нет.

Географически фамилия распространена в центральных и восточных областях Украины, а также среди потомков переселенцев в России и других странах бывшего СССР. Встречаемость невысокая: по данным современных телефонных справочников, Кожемяченко — редкая фамилия, что типично для профессиональных прозвищ, не ставших массовыми.