Фамилия Пущеленко — украинская по происхождению, что выдают суффикс -енко (в восточнославянском ареале он означает «сын» или «потомок») и характерная основа. Такая модель образования фамилий была особенно распространена на Левобережной и Слободской Украине, в казацкой среде. Человек с фамилией Пущеленко — потомок некоего Пущела.

Корень «пущ-» в украинском и русском языках многозначен, и это создаёт поле для версий. Самая прямая связь — с глаголом «пускать» или «пустить». В диалектах «пущела» могли называть человека, который отпускал что-то на волю, выпускал скот, или, наоборот, того, кто был скор на руку, «пускал в ход» кулаки. Однако есть и другая, более выразительная линия: в украинских говорах «пуща» — это глухой лес, чаща. Тогда Пущело — человек из такого места, «лесовик», либо прозвище по месту жительства. Сравните с фамилиями Пуща, Пущенко, Пущаев — все они из одного смыслового гнезда.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с именем Пуща, которое могло быть производным от христианского имени Пуст (редкая форма от Пуст-иннокентий или простонародное). Но в украинской ономастике прозвища от природных объектов и действий встречаются гораздо чаще, чем сокращения от редких канонических имён. Поэтому основной версией остаётся прозвище по лесу или по действию (пускать).

Географически фамилия Пущеленко тяготеет к центральным и восточным областям Украины: Полтавщина, Черниговщина, Сумщина. В России она встречается редко и обычно среди потомков переселенцев с Украины. В исторических документах XVIII–XIX веков носители фамилии могли быть казаками, мещанами или крестьянами — суффикс -енко не указывает на сословие, но часто встречается в реестрах казацких полков. Социального статуса по одной фамилии не определить, но само слово «пуща» в украинском быту имело оттенок глухого, дикого места, что могло давать прозвище человеку нелюдимому или живущему на отшибе.