Фамилия Митрошенко — яркий образец украинской модели фамилий на -енко. Такие фамилии в XVI–XVIII веках массово закрепились на Левобережной и Слободской Украине, в бассейне Днепра. Суффикс -енко в ту эпоху означал «сын» или «потомок», поэтому Митрошенко — это буквально «сын Митроши». В основе лежит просторечная форма Митроша от канонического крестильного имени Димитрий (в просторечии — Митрофан, Дмитро). В украинской среде имя Дмитро давало уменьшительные Дмитроша, Митроша, откуда и пошло прозвище.

Важно не путать Митрошенко с фамилиями от имени Митрофан. Хотя Митрофан тоже давал уменьшительное Митроша, в украинском именослове имя Митрофан встречалось реже, чем Дмитро. Ономасты (в частности, Б. Унбегаун в «Русских фамилиях») относят фамилии на -енко к типично украинскому словообразованию, но подчёркивают, что основа могла быть как народной формой Дмитрия, так и производной от Митрофана. Однако для украинских фамилий вариант от Дмитро более вероятен: на Поднепровье имя Дмитро было одним из самых распространённых, а Митрофан оставался церковным, редким для крестьян.

Географически Митрошенко чаще всего встречается в центральных и восточных областях Украины — Полтавской, Черкасской, Сумской, а также в приграничных районах России (Курская, Белгородская области). Это зона, где в XVIII–XIX веках формировались казачьи и крестьянские фамилии на -енко. Предки носителя фамилии с высокой вероятностью были либо казаками, либо государственными крестьянами: фамилии на -енко редко встречались у дворян, зато массово закреплялись за свободным сельским населением.

В написании фамилии иногда встречается вариант Митрошэнко (с буквой «э»), но это скорее следствие русской передачи украинского произношения. В самой Украине фамилия пишется через «е» (Митрошенко) и склоняется по правилам украинского языка: у Митрошенка, Митрошенкові. В русском языке фамилия не склоняется, если принадлежит женщине, и склоняется как существительное мужского рода (Митрошенко, Митрошенка, Митрошенку).

Таким образом, фамилия Митрошенко — это не загадка, а прозрачная отсылка к имени предка: Дмитрий, которого в быту звали Митроша. Фамилия сохранила живую разговорную форму, характерную для украинской ономастики, и указывает на происхождение из казацко-крестьянской среды Центральной Украины.