Фамилия Мастренков — редкий пример, где суффикс -енков указывает на западнорусское или украинско-белорусское происхождение, хотя сама фамилия звучит как великорусская. В отличие от стандартного русского -ов/-ев, формант -енков характерен для фамилий, образованных от имени или прозвища с уменьшительным суффиксом -енко (например, Мастренко → Мастренков). То есть первоначально это было отчество «чей сын?» — Мастренков, то есть сын Мастренка, а тот, в свою очередь, — потомок человека по имени или прозвищу Мастр.

Основа «Мастр» — самая загадочная часть. Наиболее вероятная версия: это сокращённая или диалектная форма крестильного имени Мастер, которое в русских святцах встречается как Мáстер (от греческого «мастер» — ремесленник, искусник). В народе имя могло превратиться в Мастр, а от него — прозвище Мастренок («маленький Мастр»). Альтернативная гипотеза — связь с украинским словом «мастер» (майстер) или с тюркским «маст» (пьяный, бешеный), но для фамилии с суффиксом -енков тюркская версия маловероятна: такие основы чаще дают -ов/-ев напрямую.

Географически фамилия тяготеет к южным областям России, где смешивались русские и украинские диалекты: Курская, Воронежская, Ростовская области, а также к бывшим землям Слобожанщины. В XIX веке носители фамилии Мастренковы записаны в основном как государственные крестьяне и однодворцы — потомки служилых людей, охранявших южные рубежи. Суффикс -енков в этой среде — типичная черта фамилий, которые «обрусели» на месте, сохранив украинскую уменьшительную форму.

Сословной элиты среди Мастренковых не было: фамилия не встречается в родословных книгах дворянства. Это крестьянская или мещанская фамилия, что подтверждается её структурой — без притяжательного -ов- (в отличие от Мастров) и с явным «сыновним» значением.

В написании путаница редка, но возможен вариант Мастренков с одним «н» (Мастренков) — по аналогии с фамилиями типа Коваленков, где суффикс -енк- не удваивается. Однако в документах чаще фиксируется двойное «н», так как -енков воспринимается как стандартный русский патронимический суффикс.