Фамилия Петюшенко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках стала самой продуктивной на Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко изначально означал «маленький» или «сын», то есть Петюшенко — это буквально «маленький Петюша» или «сын Петюши». Основа здесь — уменьшительная форма канонического имени Пётр.

Имя Пётр (из греческого πέτρος — «камень, скала») в народной среде давало десятки производных форм: Петро, Петрусь, Петрик, Петюня, Петюша. Именно Петюша и легло в основу фамилии. Важно, что суффикс -енко присоединяется не к полному имени, а к его обиходному, домашнему варианту, что типично для украинской антропонимии: так появлялись не только Петюшенко, но и Петриченко, Петрушенко, Петренко.

По географии фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкасчине, Сумщине. В России Петюшенко встречается реже, преимущественно в южных регионах, куда шли переселенцы из Малороссии в XVIII–XIX веках. Иногда фамилию путают с русской Петюшкин, но это разные словообразовательные модели: -енко против -ин.

Сословного барьера у фамилии не было. Петюшенко могли быть и крестьянами, и казаками, и мещанами. В реестрах Запорожского войска встречаются фамилии на -енко сплошным потоком, но конкретно Петюшенко не выделяется в элитные казацкие старшинские роды — это массовая, рядовая фамилия, образованная от личного имени без дополнительного прозвищного смысла.

Если сравнивать с однокоренными, то Петюшенко — наиболее «камерная» форма. Петренко — просто «сын Петра», Петрушенко — от Петрусь (уже ласкательное), а Петюшенко — от Петюша, то есть с двойным уменьшением. Такая цепочка говорит о бытовой, семейной среде возникновения: скорее всего, первого носителя в документах записали не по отцу, а по деду или просто по домашнему прозвищу «Петюша».