Фамилия Лыченко образована по украинской модели — с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках закрепился как основной патронимический формант на Левобережной Украине, а позже распространился и на южнорусские земли. Суффикс -енко указывает на «сына» или «потомка» человека, названного в основе. В данном случае основа — Лычко. Это было прозвище, а не крестильное имя.

Лычко — уменьшительная форма от слова «лыко». Лыком на Руси называли внутреннюю часть коры молодых лиственных деревьев (липы, ивы), которую драли на лапти, мочало, веревки. Прозвище Лычко могло относиться к человеку, который занимался заготовкой лыка или плетением лаптей — ремеслом, распространенным в крестьянской среде. Однако не стоит исключать и переносный смысл: в русских говорах «лыком» могли назвать неопытного, молодого или простоватого человека (отсюда фразеологизм «лыком шит», то есть грубоватый, неотесанный). В таком случае прозвище носило не столько профессиональный, сколько бытовой, оценочный характер.

Отличительная черта этой фамилии — необычная огласовка. При стандартном украинском словообразовании от основы Лык- (Лыко) ожидалась бы форма Лыченко, а не Лыченко. Но здесь сработала народная этимология или живое произношение: прозвище Лычко уже содержало уменьшительный суффикс -к-, поэтому при добавлении -енко получилось двойное суффиксальное оформление. Такое встречается реже, чем простые патронимы, и делает фамилию более узнаваемой.

Среди однокоренных фамилий — Лыков (от того же лыка, но с русским суффиксом -ов), Лычко (без суффикса, сама основа), а также Лычкин (с русским -ин). Лыченко — типичная фамилия для территорий, где смешивались украинская и южнорусская традиции именования: Курская, Белгородская, Воронежская области, а также восток Украины. Встречается и у потомков украинских переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке.

Точных данных о дворянском или крестьянском происхождении носителей фамилии Лыченко нет — она не внесена в родословные книги российского дворянства, что указывает на ее однозначно простонародные корни. Предки современных Лыченко, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами, занимавшимися ремеслом, связанным с лыком, либо получившими прозвище по внешнему виду или характеру.