Фамилия Матренко образована по типичной украинской модели от женского имени Матрёна. В основе лежит каноническое имя Матрона (от латинского matrona — «знатная женщина», «мать семейства»), которое в народной речи превратилось в Матрёну. Суффикс -енко — один из самых распространённых в Украине, он указывает на родство: Матренко буквально значит «сын Матрёны» или «потомок Матрёны». Такие фамилии обычно получали дети, чью мать звали Матреной, — особенно если отец был неизвестен или женщина играла заметную роль в хозяйстве.

В отличие от русских фамилий на -ов/-ев (Матрёнов), украинская модель на -енко не застывала в форме притяжательного прилагательного, а сразу фиксировала прозвище по матери. Это говорит о том, что фамилия Матренко сложилась в среде, где ценили конкретное именование по женской линии — например, у казаков или крестьян, где женщина могла быть главой семьи после смерти мужа. Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины: Полтавщине, Черкащине, Слобожанщине. В России она встречается реже и часто в написании с одной «н» — Матренко, хотя по правилам украинской транскрипции двойная «н» не нужна.

В ономастике фамилия Матренко интересна тем, что её основа — женское имя — встречается реже, чем мужские (Иваненко, Петренко). Это не значит, что предок был обязательно «маменькиным сынком»: в XVIII–XIX веках так могли записать ребёнка, если мать была вдовой или единственной кормилицей. Другая версия — отчество по матери, данной в честь святой Матроны Константинопольской, почитаемой на юге Руси. Споров вокруг корня почти нет: лингвисты сходятся на имени Матрёна, а суффикс -енко однозначно указывает на украинское происхождение. Сословно носители фамилии чаще всего были крестьянами или казаками — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Среди известных носителей можно назвать разве что советского партийного деятеля или спортсмена, но это скорее исключение. В целом фамилия остаётся бытовой, без громкой истории — что типично для массовых украинских фамилий, возникших в среде простого люда.