Фамилия Митроченко образована по типичной для украинского и южнорусского ономастикона модели с суффиксом -енко. В буквальном смысле она означает «потомок Митрочи» — человека, носившего уменьшительное имя Митроча. Само это имя — производное от канонического православного имени Митрофан, которое в свою очередь восходит к греческому «Митрофанес» (буквально — «явленный матерью»). В бытовой речи имя Митрофан сокращали до Митроха, Митроша, а форма Митроча — редкий, но вполне возможный вариант, с чередованием звуков «х»/«ч» (как в парах «Петроха — Петроча» или «Михей — Мича»).

Суффикс -енко в этой фамилии указывает на восточноукраинское происхождение. В XVII–XVIII веках такие фамилии активно формировались на Левобережье и Слобожанщине, в том числе среди казачества и крестьян. В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, где суффикс означал принадлежность отцу («сын Митрофана»), украинский -енко подчеркивал именно родовую связь — «малый, потомок». Поэтому носитель фамилии Митроченко — это, скорее всего, потомок человека по имени Митрофан, которого в быту звали ласково Митроча.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям Украины, а также к приграничным районам России — Курской, Белгородской, Воронежской областям. Встречается она реже, чем её «близнецы» Митрофанов, Митрохин или Митрошин, что объясняется нестандартностью уменьшительной формы. В переписях XIX века такие фамилии фиксировались как у государственных крестьян, так и у казаков, но без чёткой сословной привязки — модель на -енко была универсальной для всех свободных слоёв населения.

Стоит отметить, что изредка Митроченко могло быть не от имени, а от прозвища Митроча, данного человеку по поведению или внешности (например, за сходство со святым Митрофаном на иконах). Но эта версия менее вероятна: в крестьянской среде фамилии чаще образовывались от крестильных имён, нежели от случайных прозвищ. Таким образом, корень фамилии — Митрофан, а суффикс -енко — надёжный маркер украинской родовой традиции.