Фамилия Люлюченко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XIX веках была главным способом образовать «маленького» или «сына» по отцу. Суффикс -енко буквально означал «чей-то потомок»: Люлюченко — сын Люлюка или человека с прозвищем Люлюка. Такая модель особенно характерна для Левобережной Украины, Полтавщины и Черниговщины, где фамилии на -енко составляют большинство.

Основа Люлюк- — непростая. Скорее всего, она восходит к тюркскому корню люлю (детская речь, лепет) или к украинскому глаголу люляти (качать, убаюкивать). В украинских говорах люлюка — это человек, который любит петь колыбельные, нянчиться с детьми, а в переносном смысле — нежный, мягкий по характеру. Менее вероятна, но возможна связь с диалектным люлька (трубка для курения) через чередование к/ч: тогда прозвище Люлюка мог получить курильщик или мастер по изготовлению трубок.

Встречается и другая версия: Люлюка как вариант прозвища от тюркского люлю (красивый, милый) — так могли называть пришлого человека с юга. Однако украинская огласовка и суффикс -енко указывают на местное, а не пришлое происхождение фамилии.

В метрических книгах XVIII–XIX веков фамилия Люлюченко встречается в основном в Черниговской и Полтавской губерниях. Носители были преимущественно крестьянами и казаками — суффикс -енко в те времена почти не использовался дворянами, которые предпочитали фамилии на -ский/-цкий. Таким образом, предки современных Люлюченко — скорее всего, свободные сельские жители или казаки, получившие фамилию по отцовскому прозвищу.

Поскольку фамилия редкая и не попала в массовые списки переименованных, она сохранила исходную форму без искажений. Встречаются варианты написания Люлюченко и Люлюченко (с ударением на второй слог), но оба восходят к одному корню.