Фамилия Матрюченко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко, самой распространённой на Левобережной и Степной Украине. Суффикс -енко в XVII–XVIII веках выполнял роль отчества или указания на происхождение от отца («маленький», «сын такого-то»). В данном случае основа — Матрюк, а та, в свою очередь, восходит к крестильному имени Матрона (от лат. matrona — «почтенная замужняя женщина», «мать семейства»).

Здесь, однако, есть нюанс. Имя Матрона — женское. Фамилии от женских имён — явление редкое, но возможное. Чаще всего они появлялись, если мать была вдовой, главой семьи или если ребёнок рос без отца. В украинской традиции такую фамилию могли дать «Матрюченко» — сын Матроны, то есть Матрюк. Форма Матрюк — это уменьшительное или обиходное производное от Матроны (ср. Палажка — Палюк, Горпина — Горпинюк).

Более вероятная версия — Матрюченко как вариант фамилии Матюшенко или Матвеенко, где основа затемнена диалектным произношением. Имя Матвей (др.-евр. Матфий — «дар Яхве») в украинских говорах давало формы Матюк, Матрюк (с переходом т’ в тр’ под влиянием аканья или просто как местная особенность). Тогда Матрюченко — сын Матрюка, то есть внук или потомок Матвея. Такое фонетическое искажение — не редкость в южных и центральных областях Украины.

Географически фамилия тяготеет к Черкасской, Киевской и Полтавской областям. Встречается и в Беларуси, куда попала с переселенцами. Сословно носители фамилии были преимущественно казаками или крестьянами. Дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано, что косвенно подтверждает её «народное» происхождение.

Однокоренные фамилии (Матрюк, Матренин, Матрохин) различаются суффиксами и ареалом: -ин — русский север, -ук/-юк — запад Украины, -енко — центр и восток. Таким образом, Матрюченко — локальный вариант, чётко указывающий на украинское происхождение предка и, скорее всего, на его связь с именем Матвей, реже — с именем Матрона.