Фамилия Митюшенко образована по распространённой украинской модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVIII веках означал «маленький», «сын» или «ученик» (Митюшенко — «сын Митюши»). Это типичная патронимическая фамилия, то есть указывающая на имя отца.

Основа — Митюша, уменьшительная форма от крестильного имени Дмитрий. Имя Дмитрий (от греческого Деметриос — «посвящённый Деметре», богине земледелия) было одним из самых частых на Руси, поэтому его производных — множество: Митя, Митька, Митюха, Митяй, а также Митюша. Именно от последнего и пошла фамилия Митюшенко.

Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Митю́шенко, хотя в бытовой речи встречаются варианты с ударением на «о» — Митюше́нко. Оба варианта допустимы, но литературная норма тяготеет к первому.

Географически фамилия привязана к левобережной Украине и югу России. По данным переписей XIX — начала XX века, Митюшенки чаще всего встречались в Полтавской, Харьковской и Черниговской губерниях, а также в казачьих областях Кубани и Дона. Это согласуется с тем, что суффикс -енко — один из главных маркеров именно украинской фамильной системы.

Родственные фамилии: Митюшин, Митюхин, Митяев, Митькин — все они образованы от разных форм того же имени Дмитрий. Но Митюшенко стоит немного особняком: если фамилии на -ин и -ов чаще встречаются у русских, то Митюшенко — стопроцентный украинский патроним.

Есть одна тонкость, о которой не пишут в типовых справках: Митюша могло быть не только от Дмитрия. В некоторых говорах так называли и человека по имени Митрофан (через ту же модель сокращения). Но это редкий случай — подавляющее большинство Митюшенко ведут родословную именно от Дмитриев.