Фамилия Матыченко — яркий пример украинской модели образования фамилий, и её разбор стоит начать именно с суффикса. Формант -енко — один из самых распространённых в украинской ономастике, он указывает на происхождение по отцу («сын такого-то» или «маленький, младший»). В данном случае основа — Матыч или Матка — это производные формы от канонического имени Матвей (в народной форме Матфий, Матфей).

Имя Матвей пришло на Русь из греческого (Маттафия — «дар Яхве»), и в быту оно дало множество уменьшительных вариантов: Матя, Матюха, Матюша, а также Матыч. Таким образом, Матыченко — это «сын Матыча», то есть потомок человека, которого в семье или в округе звали уменьшительно-ласкательно Матыч.

Есть и вторая, менее очевидная версия, которую стоит упомянуть, хотя она и уступает первой по распространённости. В украинских говорах слово мати означает «мать», а матка — «матушка» или «пчелиная матка». Прозвище Матыч могли дать человеку, который ухаживал за пчёлами (пасечнику) или, реже, тому, кого считали «маменькиным сынком». Однако в контексте фамилии на -енко антропонимическая версия (от имени Матвей) выглядит гораздо логичнее: суффикс сыновства почти всегда прикрепляется к личному имени или прозвищу отца, а не к названию профессии.

Фамилия Матыченко — типично украинская по своему ареалу. Она встречается в центральных и восточных областях Украины, а также на юге России, куда переселялись казаки и крестьяне. В дореволюционных списках эта фамилия не была дворянской или купеческой — её носителями были преимущественно крестьяне и казаки. Сейчас она достаточно редкая, что делает её особенно ценной для генеалогического поиска: найти предков с такой фамилией проще, чем с массовыми Ивановыми или Коваленко.

Словообразовательно фамилия стоит в ряду с такими же отчествами-фамилиями: Матвиенко (от Матвей), Матыщук (от Матыш), Матиенко (от Матий). Все они — «родственники» по имени-основе, но разошлись по разным регионам. Матыченко — это, скорее всего, выходец из Полтавщины или Черниговщины, где суффикс -енко исторически доминировал.