Фамилия Цыбренко — яркий пример украинской модели фамилии на -енко, которая в XVII–XVIII веках массово вытесняла более старые формы отчеств в Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко исторически означал «маленький», «сын» или «ученик», то есть Цыбренко — буквально «сын Цыбра» или «потомок Цыбра». Основа здесь — прозвище Цыбр, которое и стало ядром фамилии.

Происхождение прозвища Цыбр неочевидно и допускает несколько версий. Самая вероятная — от южнорусского или украинского диалектного слова «цыба» (коза, а также длинноногая девушка или человек). В таком случае Цыбр — человек с длинными ногами, ходок, или же тот, кого сравнивали с козой за резвость или упрямство. По другой версии, здесь может быть связь с глаголом «цыбать» (ходить, шагать, а также прихрамывать) — тогда прозвище дали по походке. Третья, более редкая гипотеза возводит основу к тюркскому «чабр» (быстрый, проворный), но она менее обоснована: в украинской антропонимии тюркские корни встречаются, но обычно в более южных регионах, а Цыбренко — фамилия, распространённая преимущественно в Черниговской, Полтавской и Сумской областях.

Словообразовательная модель типична для украинских фамилий от прозвищ на согласный: Цыбр → Цыбренко. Параллельно существует вариант Цыбр (без суффикса) и однокоренные Цыбуля, Цыбульский, но они образованы от другой основы — от «цыбуля» (лук). Цыбренко — самостоятельная линия, не связанная с луком или огородом.

В XIX веке носители фамилии фиксируются среди казаков и крестьян Черниговской губернии. Сословно это, скорее всего, потомки реестровых казаков или вольных хлеборобов: фамилии на -енко в этой среде были нормой, тогда как у дворян или духовенства преобладали формы на -ский/-цкий. Дворянских родов Цыбренко в Российской империи не отмечено.

Известных носителей, оставивших заметный след в истории, нет — фамилия осталась в народной среде, не перейдя в элиту. Это типичная «казацкая» фамилия, которая говорит о происхождении из украинского этноса и о том, что предок получил прозвище по внешней или поведенческой черте, а не по профессии или имени.