Фамилия Полтавченко ведет начало от прозвища Полтавец, которое указывало на выходца из украинского города Полтавы. Так в старину называли человека, который переселился оттуда, и прозвище закреплялось за ним и его потомками, постепенно вытесняя прежнее родовое имя и из обихода, и из официальных бумаг.

Сама Полтава впервые упоминается в Ипатьевской летописи под 1174 годом как укрепление на реке Лтаве. Город пережил несколько эпох: был в составе Великого княжества Литовского, с 1569 года — в составе Польши, а с 1667 года — Российской империи. Всемирную известность Полтаве принесла битва 8 июля 1709 года, когда армия Петра I разгромила войска шведского короля Карла XII.

Топоним Полтава означает «земля по Лтаве», то есть земли по берегам реки Лтавы. Само название Лтава восходит к древнему индоевропейскому корню со значением «течение, вода» — это указывает на то, что гидроним старше самого города и отражает природную особенность местности.

Суффикс -енко в фамилии Полтавченко — типичная украинская патронимическая модель, указывающая на потомка: Полтавченко буквально означает «сын Полтавца». Такая форма массово закреплялась на Левобережной Украине и в Слобожанщине, откуда фамилия вместе с носителями распространилась дальше по Российской империи. Прозвище Полтавец, таким образом, стало основой для наследственной фамилии, которая сохранила память о географическом корне предков.