Фамилия Попенченко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, означающий «сын» или «потомок», был распространён в Поднепровье и на Левобережной Украине в XVI–XVII веках и закрепился как одна из главных примет украинской ономастики. В основе фамилии лежит прозвище или мирское имя Попенко — уменьшительное от слова «поп» (священник). То есть Попенченко буквально означает «внук попа» или «сын Попенка»: цепочка получается двухступенчатой, что встречается реже, чем прямое «Попенко», но не является исключением.

Стоит обратить внимание на двойной суффикс: -енк- + -енк-. В украинской традиции так могли называть не просто сына священника, а потомка уже носившего фамилию Попенко. Это говорит о том, что фамилия фиксировалась в крестьянской или казацкой среде, где родовые прозвания передавались по отцу, но иногда «наращивали» дополнительный суффикс у следующего поколения. Подобные формы — Дмитренченко, Иваненченко — встречаются в реестрах Запорожского войска и переписях Гетманщины.

Сам корень «поп» не обязательно указывает на то, что предок был священником. В народной среде «попом» или «попенком» могли прозвать грамотного человека, начётчика, или того, кто вёл себя важно, носил длинные волосы и бороду. В некоторых говорах «попенок» — это также прозвище ребёнка, родившегося в семье священника, но не обязательно пошедшего по духовной линии. Таким образом, Попенченко — фамилия из разряда «профессионально-прозвищных», но с поправкой на возможное ироничное или бытовое происхождение.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины: Черкасская, Полтавская, Харьковская губернии. В российских переписях XIX века Попенченко встречается в Курской и Воронежской губерниях — в зоне активного переселения украинских крестьян и казаков. В отличие от фамилии Попов, которая распространена повсеместно в России, Попенченко остаётся маркером украинского происхождения и сохраняет региональный колорит.