Фамилия Патюченко — яркий пример украинской модели образования фамилий. Её основа — это прозвище или производное имя Патюк, а суффикс -енко (в восточнославянской традиции) указывает на «сына» или «потомка». Буквально: «сын Патюка». Такая модель (основа на -ук/-юк + -енко) типична для центральных и восточных регионов Украины, особенно для Полтавщины и Черкасщины. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые закрепились в северных и восточных русских землях, фамилии на -енко остались преимущественно украинскими.

Корень Пат- вызывает несколько версий. Самая прозрачная: Патюк — это уменьшительная форма от крестильного имени Патрикий (или Патрикей), которое в народной среде звучало как Пат. Имя Патрикий (от лат. patricius — «патриций, знатный») было известно на Руси, но не получило широкого распространения, чаще встречаясь в южных областях. Альтернативная версия связывает основу с диалектным словом «патла» — «прядь волос, космы». В этом случае Патюком могли прозвать человека с длинными, неопрятными волосами. Такое прозвище — вполне объяснимо для деревенской среды, где внешность часто становилась источником фамилий (ср. Косматый, Лохматый). Версия с именем выглядит правдоподобнее, так как суффикс -юк в украинской антропонимии чаще образовывал патронимы от канонических имён.

Фамилия Патюченко существует в нескольких вариантах написания, что связано с особенностями местного произношения: Патюченко, Патюченков (обрусевшая форма), а также Патюк (без суффикса) и Патюченя. Интересно, что фамилия не попала в массовые боярские или дворянские списки — её носители, скорее всего, были крестьянами или казаками. В реестрах Запорожского войска встречаются похожие прозвища, но точных данных о Патюченко в XVII веке нет. Географически фамилия сегодня наиболее плотно представлена в Сумской, Полтавской и Харьковской областях Украины, а также в приграничных районах России (Белгородская, Курская области). Это подтверждает её локальный, южнорусский характер.

С точки зрения словообразования, фамилия Патюченко стоит в одном ряду с такими распространёнными украинскими фамилиями, как Данильченко, Гавриленко, Павлюченко. Все они образованы от уменьшительных форм имён с помощью того же суффикса. Разница лишь в том, что имя Патрикий было редким, поэтому и фамилия получилась нечастотной. По данным современных телефонных справочников, Патюченко встречается примерно в 1,5–2 раза реже, чем, например, Павлюченко. Это делает фамилию узнаваемой, но не массовой.