Фамилия Мазепенко — типичный пример украинской модели образования фамилий. Её основа — прозвище Мазепа, а суффикс -енко указывает на происхождение: «сын Мазепы» или «потомок Мазепы». Эта модель была особенно распространена в Левобережной и Слободской Украине в XVII–XVIII веках, и именно она легла в основу многих современных украинских фамилий.

Значение самого прозвища Мазепа неоднозначно. По одной версии, оно восходит к украинскому слову «мазепа» — «грубиян, неряха». Однако вряд ли такое прозвище дали бы человеку за его реальные качества. Скорее, оно выполняло «охранительную» функцию: родители нарекали ребёнка прозвищем с отрицательным значением, чтобы отвести от него злые силы и вырастить на самом деле воспитанным и аккуратным человеком. Такая практика — давать «предохранительные» имена — была широко распространена у славян.

Наибольшую известность фамилии Мазепа принёс гетман Иван Степанович Мазепа (1687–1709). Он долгое время был одним из ближайших сподвижников Петра I и много сделал для экономического подъёма Левобережной Украины. За поддержку на выборах короля Речи Посполитой Августа Сильного Мазепа был награждён польским орденом Белого Орла. Однако в 1708 году, почти за год до разгрома шведов под Полтавой, он перешёл на сторону противника Московского государства в Северной войне — шведского короля Карла XII. За это его предали гражданской казни с лишением всех титулов и наград, полученных в Российской империи, а Русская Православная Церковь наложила на него анафему. После поражения под Полтавой Мазепа бежал в Османскую империю и умер в городе Бендеры (ныне Молдавия). Позже прозвище Мазепа, изначально присоединённое к наследственному имени, полностью заменило его как в повседневной жизни, так и в официальных документах.

Фамилия Мазепенко встречается реже, чем просто Мазепа, и, скорее всего, указывает на более позднее образование: потомок человека по прозвищу Мазепа. В отличие от фамилии Мазепа, которая может быть и польской (встречается в польских источниках), форма с суффиксом -енко однозначно указывает на украинское происхождение. В современной Украине эта фамилия не является массовой, но сохранилась в центральных и восточных областях.