Фамилия Матренычева — редкий пример, когда в основе лежит не имя, а его разговорная форма, да ещё и с нестандартным суффиксом. В русской ономастике фамилии на -ычев обычно образовывались от прозвищ или имён, оканчивающихся на -ыч (например, Кузьмич → Кузьмичев). Здесь же мы видим основу «Матреныч» — отчество от женского имени Матрёна. Такая модель встречается нечасто: обычно от женских имён фамилии образовывали через суффикс -ин (Матрёнин). Но в некоторых регионах, особенно на севере и в центральной России, отчество от материнского имени могло закрепляться за детьми как прозвище — если женщина была главой семьи, вдовой или по каким-то причинам её имя было значимее отцовского. Так и возникло отчество Матрёныч, которое затем превратилось в фамилию Матрёнычев, а в женском роде — Матрёнычева.

Само имя Матрёна — русская народная форма латинского имени Матрона (от matrona — «знатная женщина», «госпожа», «мать семейства»). В крестьянской среде оно было одним из самых распространённых, поэтому носительниц было много. Однако фамилия Матренычева осталась крайне редкой. По данным современных телефонных справочников и баз переписей, она почти не встречается за пределами нескольких сёл в Ивановской и Костромской областях. Это указывает на локальный характер фамилии: скорее всего, она закрепилась в одном роду, жившем компактно.

Интересно, что суффикс -ычев в данном случае не уменьшительный и не уничижительный, а именно патронимический (отческий). В отличие от фамилии Матрёнин, которая прямо говорит «дочь или сын Матрёны», Матрёнычев означает «потомок того, кого звали Матрёныч». То есть фамилия фиксирует не связь с конкретной женщиной, а прозвище её ребёнка. Если бы в основе лежало мужское имя Матрён (крайне редкое, но теоретически возможное от сокращения Матвей), фамилия звучала бы так же, но источники не фиксируют такого имени в русской традиции. Поэтому версия с отчеством от женского имени — основная.

Сословно фамилия почти наверняка крестьянская: в дворянской среде отчества от женских имён не практиковались, а в купеческой — были исключением. Носители фамилии, если судить по архивным записям XIX века, были государственными крестьянами из окрестностей Галича и Костромы. Поскольку в тех краях долго сохранялся архаичный быт, неудивительно, что «материнское» отчество пережило несколько поколений и стало фамилией.