Фамилия Бархоленко звучит на украинский лад — суффикс -енко указывает на происхождение с территории современной Украины или юга России. Такие фамилии в XVI–XVIII веках обозначали сына или потомка человека: Бархоленко — «сын Бархолы». Основа «Бархол-» — это прозвище или имя, которое и стало корнем.

Корень фамилии — «бархол» — вызывает споры. Самая вероятная версия: это форма имени или прозвища Варфоломей, которое в народе часто переделывали в Бархолу, Бархоломея или Бахолу. Варфоломей — имя апостола, популярное у православных и католиков, но в быту оно сильно искажалось: на Руси знали Бартоломея, Бархолу, Бархоломку. Фамилия Бархоленко могла возникнуть от уменьшительной формы Бархола, то есть «Варфоломей-младший».

Есть и вторая, менее распространённая версия: связь с диалектным словом «бархол» или «бархало» — так в некоторых говорах называли болтуна, пустомелю или человека с громким, хриплым голосом. В этом случае фамилия произошла от прозвища, данного за манеру говорить или кричать. Однако эта гипотеза слабее, поскольку слово не зафиксировано в широких словарях, а имя Варфоломей как источник встречается в ономастических работах чаще.

Географически фамилия редкая. Встречается в основном в Черниговской и Полтавской областях Украины, а также среди потомков переселенцев на Кубани и в Ставрополье. Суффикс -енко указывает, что предки носителя были, скорее всего, казаками или крестьянами — именно эти сословия в XVII–XIX веках активно использовали такую модель фамилий в Малороссии.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Бархолов, Бархоломеев, Бархолин — показывает, что Бархоленко стоит особняком: у него не патронимический суффикс -ов, а именно украинский -енко, что говорит о более раннем закреплении в украинской среде. Если Бархолов мог возникнуть в великорусских землях, то Бархоленко — продукт южнорусской ономастики.