Фамилия Пустоваренко — яркий пример украинской модели фамилии, в основе которой лежит прозвище, описывающее занятие или привычку человека. Суффикс -енко в украинской ономастике указывает на происхождение от отца («чей сын?» — Пустоваренко, сын Пустовара). Такая модель была самой распространённой в Левобережной Украине, особенно на Полтавщине, Черниговщине и Слобожанщине, и закрепилась за крестьянскими и казацкими родами в XVI–XVIII веках.

Основа фамилии — слово «пустовар». Это сложное слово, образованное от «пустой» и «варить». Прямое значение — «тот, кто варит пустое», то есть либо варит еду без мяса или без жира (постную, скудную), либо тратит продукты впустую, не умеет хозяйничать. В среде украинского казачества и крестьянства такое прозвище могли дать человеку, который, например, постоянно варил пустые щи, не кладя в них мяса, или, напротив, был настолько беден, что не мог позволить себе сытной пищи. Вторая, более редкая версия — прозвище могло относиться к повару, который работал в «пустой» (то есть малопосещаемой) корчме или на постоялом дворе, где редко кто заказывал еду.

Интересно, что фамилия Пустоваренко стоит в одном ряду с другими «пустыми» фамилиями: Пустовалов, Пустозвонов, Пустозеров, Пустоплеснов. Все они образованы по одной модели и часто несли не столько отрицательную оценку, сколько указывали на конкретную особенность человека или его бедственное положение. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, украинское -енко сохранило живую связь с прозвищем отца, и Пустоваренко буквально означает «внук Пустовара» или «сын Пустовара».

Географически фамилия тяготеет к восточным областям Украины и югу России, куда переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. Встречается она и в Белгородской, Воронежской, Ростовской областях, где украинский диалект оставил заметный след в местных говорах. Носители фамилии, как правило, были либо казаками, либо государственными крестьянами — людьми, чья жизнь была тесно связана с землёй и скудным хозяйством, что и отразилось в прозвище.