Фамилия Михлюченко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко, что означает «маленький», «сын» или «потомок». Такие фамилии массово закрепились в Поднепровье, на Левобережной Украине и в Слобожанщине в XVI–XVII веках, а затем вместе с миграцией крестьян и казаков распространились на Кубань, Дон и юг России.

В основе фамилии лежит личное имя Михлюк. Это, в свою очередь, народная, разговорная форма от канонического имени Михаил (в переводе с древнееврейского — «кто как Бог»). Украинские диалекты дали множество уменьшительных вариантов: Михно, Михей, Михаль, Михлюк. Суффикс -юк здесь выполняет ту же роль, что и русский -к(а) или -ок: он делает имя ласкательным или «семейным» («Михлюк» — буквально «маленький Михаил» или «Михайлов сын»). Таким образом, Михлюченко — это «внук» или «потомок Михлюка».

Особенность этой фамилии — её сравнительная редкость и узкая география. В отличие от массовых Коваленко или Шевченко, Михлюченко не разошлась широко. По данным современных исследований, наибольшая плотность носителей фиксируется в Черкасской и Полтавской областях Украины, а также в приграничных районах России (Белгородская, Воронежская области). Это указывает на происхождение из среды казачества или свободных крестьян именно Среднего Поднепровья.

Иногда фамилию пытаются связать с глаголом «михлюкать» (говорить невнятно, мямлить) или с диалектным «михля» (неповоротливый человек). Однако эта версия слабее: в украинской ономастике прозвища на -юк от глаголов встречаются крайне редко, а вот патронимы от уменьшительных форм Михаила — типичное явление. Поэтому самая надёжная трактовка — через крестильное имя.

В написании фамилии возможны колебания: в старых метрических книгах встречается вариант Михлюченко (с одной «ч» — влияние польской графики) и Михлющенко, но основная, устоявшаяся форма — через «ч». Фамилия не склоняется по падежам в мужском и женском роде, что типично для всех фамилий на -енко.