Фамилия Матреницкая образована от женского личного имени Матрёна. В основе лежит каноническая форма Матрона (от латинского matrona — «знатная женщина», «мать семейства»), но в русском быту закрепился именно народный вариант Матрёна. Фамилия эта — притяжательная, то есть отвечает на вопрос «чей?» и указывает на принадлежность конкретному человеку.

Суффикс -ицк- (в полной форме -ицкая) — редкий и показательный. В русской ономастике фамилии на -ицкий/-ицкая чаще всего встречаются у потомков польской или западнорусской шляхты, а также у выходцев из Беларуси и Украины. Однако в данном случае возможна и другая модель: фамилия могла возникнуть от названия населённого пункта вроде Матреницы или Матреничи. Такие топонимы существовали в западных губерниях Российской империи, и тогда Матреницкая — это «та, что родом из Матрениц». Второй вариант: фамилия образована от отчества Матренич (сын Матрёны) с добавлением суффикса -ская, что типично для крестьянских фамилий, которые оформлялись по дворянскому образцу в XIX веке при переписях.

В отличие от распространённых Матрёниных или Матрёшкиных, форма Матреницкая встречается значительно реже и имеет ярко выраженную региональную окраску. По данным современных телефонных справочников и архивных записей, носители фамилии чаще всего фиксируются в Брянской, Смоленской областях России и на востоке Беларуси — в зоне бывшего Великого княжества Литовского, где смешивались восточнославянские и польские словообразовательные традиции.

О сословной принадлежности предков Матреницких можно судить по окончанию. Если фамилия писалась через -ая (Матреницкая), а не через -а (Матреницка), это указывает на то, что в XVIII–XIX веках её носители, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами, которым приписали «благородное» окончание при паспортизации. Дворяне с такой фамилией в гербовниках не значатся, хотя отдельные однодворцы (личные дворяне без крепостных) могли носить её на южных рубежах России.