Фамилия Барильченко — типичный пример фамилии, образованной по украинской модели. Суффикс -енко (уменьшительно-патриархальный, со значением «сын» или «потомок») указывает на то, что предок носителя фамилии носил имя или прозвище Барило. В основе лежит слово «барило» — это диалектный, преимущественно южнорусский и украинский вариант слова «барило» или «бочка», ёмкость для жидкостей. Соответственно, прозвище Барило мог получить человек, который изготавливал бочки (бондарь), торговал ими или имел плотную, коренастую фигуру, напоминающую бочонок. Таким образом, Барильченко — это «сын Барила», то есть потомок бочара или человека с соответствующим прозвищем.

В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые часто фиксировали отчество в полной форме (Иванов сын), украинские фамилии на -енко указывали на более молодое поколение, часто на внука или правнука. Поэтому Барильченко — фамилия, которая закрепилась за родом, где прозвище или имя основателя (Барило) уже не носилось живыми людьми, а перешло в разряд родового имени.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины, а также к югу России, куда шли активные переселенческие потоки в XVIII-XIX веках. Встречаются варианты написания: Барильченко, реже — Барильченко (с ударением на втором слоге). В русском языке фамилия не склоняется, если принадлежит женщине, и склоняется по падежам, если принадлежит мужчине.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Барилов, Барильчук, Барильский) показывает, что все они восходят к одному и тому же корню «барил-», но оформлены по разным региональным моделям. Барильченко — самая массовая форма, характерная для Левобережной Украины и Слобожанщины. В ревизских сказках и метрических книгах XIX века эта фамилия часто встречается среди казачьего и крестьянского сословий, что говорит о её демократическом происхождении, без дворянских притязаний.