Фамилия Пидюменко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках была распространена в Поднепровье, на Слобожанщине и в Запорожской Сечи. Такие фамилии означали «сын» или «потомок» того, кто назван в основе: Пидюменко — это буквально «сын Пидюмы» или «маленький Пидюма».

Основа фамилии — прозвище Пидюма. Его корень — украинское слово «дюма» (дума, мысль) с приставкой «пiд-» (под-). В украинских говорах «пiддюма» или «пидюма» могло означать человека себе на уме, скрытного, который держит мысли при себе, «под думой». Встречается и более прозаичная версия: в некоторых регионах так называли того, кто любил поддакивать, поддаваться чужому мнению — «пiд думу» (под чужую мысль). Прозвище могло быть ироничным: давали его либо молчуну, либо, наоборот, человеку, который постоянно вставлял своё слово «под чужую думу».

Менее вероятна, но возможна связь с топонимом: в Украине есть несколько мелких хуторов и урочищ с названием Пидюмы (например, в Черкасской области). Тогда Пидюменко — выходец из такого места. Но для фамилий на -енко типичнее именно патронимическое образование от прозвища.

Суффикс -енко — один из главных маркеров украинской ономастики. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто указывали на принадлежность отцу или господину, -енко подчёркивало родство по крови: «чей сын». В XVIII веке, после включения Гетманщины в состав Российской империи, многие носители фамилий на -енко фиксировались в реестрах казаков и мещан. Пидюменко, скорее всего, были из казацких или крестьянских родов, без дворянского титула: в высшие слои такие фамилии попадали редко.

Встречается фамилия в основном на востоке и в центре Украины, особенно в Полтавской, Сумской и Харьковской областях. В России её носители — потомки переселенцев конца XIX — начала XX века, которые оседали на Кубани, в Ставрополье и в Сибири. Варианты написания (Педюменко, Пидюменко, Пидюм) — результат ошибок в документах или местного произношения, но основа везде одна: прозвище, закрепившееся за родом.