Фамилия Пилюченко — яркий пример украинской фамилии, созданной по одной из самых распространённых моделей. Суффикс -енко (в украинском языке он означает «маленький» или «сын») указывает на происхождение от человека по прозвищу или имени Пилюка, Пилюк или Пилюч. Буквально: «сын Пилюки» или «маленький Пилюка». Такие фамилии в массе своей закрепились на Левобережной Украине (Полтавщина, Черниговщина, Слобожанщина) в XVI–XVII веках и сначала не были наследственными — они менялись у каждого поколения, пока в XVIII–XIX веках не стали родовыми.

Корень фамилии — пил- — отсылает к глаголу «пилити» (пилить) или к существительному «пила». Однако напрямую связывать первого носителя с профессией пильщика или столяра было бы слишком прямолинейно. В украинской народной традиции прозвище Пилюка или Пилюга могли дать человеку с длинным, острым носом, напоминающим пилу, или с резким, «пилящим» характером. Есть и другая версия: в некоторых говорах «пилюка» означало «задира», «придира», «человек, который постоянно донимает». Таким образом, фамилия, скорее всего, описывала внешность или поведение предка, а не его ремесло.

Сложность в том, что фамилия не фиксируется в дореволюционных дворянских родословных книгах и не встречается среди старых казацких старшин. Это говорит о её крестьянском или мещанском происхождении. Пилюченко — типичная фамилия свободных сельских обывателей, которые получили её «по отцу» в эпоху, когда украинское население массово обзаводилось постоянными фамилиями. Встречается она преимущественно в центральных и восточных областях Украины, особенно в Полтавской и Сумской, а также в прилегающих районах России (Белгородская, Курская области) — там, куда переселялись украинские крестьяне.

В русской среде фамилия иногда искажалась: могли писать «Пилюченков» или «Пилючкин», но исходная форма — именно Пилюченко. Ударение в ней традиционно падает на второй слог: Пилю́ченко. Это один из тех случаев, когда фамилия почти дословно рассказывает о своём создателе: был человек с прозвищем Пилюка — и пошёл род Пилюченко.