Фамилия Байличенко звучит на южнорусский и украинский лад, и её разбор стоит начать с суффикса. Формант -енко — один из самых частых в украинской ономастике, он указывает на происхождение от отца или главы семьи: «Байлич» → «Байличенко» (дословно — «маленький Байлич», «сын Байлича»). Это типичная патронимическая модель, которая закрепилась как фамилия в XVII–XVIII веках, когда казацкая старшина и крестьяне массово переходили на фамилии с таким суффиксом. Географически фамилия Байличенко тяготеет к историческим землям Полтавщины, Черниговщины и Слобожанщины — там, где фамилии на -енко особенно распространены.

Корень фамилии — Байл- — вызывает споры. Самая вероятная версия: основа от тюркского имени или прозвища Байлы (от тюркского baj — «богатый, знатный»). В тюркских языках «бай» — это титул зажиточного человека или военачальника, а суффикс -лы образует прилагательное со значением «обладающий богатством». Такое прозвище могли дать выходцу из степных народов (ногайцев, татар, башкир), который осел среди славян, или славянину, торговавшему с кочевниками. В пользу этой версии говорит то, что на юге России и Украины немало фамилий с тюркским корнем «бай-»: Байда, Байрак, Байков, Байрамов.

Менее убедительная гипотеза связывает корень с украинским глаголом байкати (говорить, болтать) или словом байло (говорун, пустомеля). Однако для образования фамилии на -енко такая основа маловероятна: прозвище «Байло» дало бы фамилию Байленко, а не Байличенко. Форма с «ич» в середине (Байл-ич-енко) чётко указывает на промежуточное отчество «Байлич», которое, в свою очередь, происходит от личного имени или прозвища «Байло» с тюркским оттенком. То есть первоначально человека звали просто Байло (по тюркскому «бай»), его сына — Байлич, а внука уже записали как Байличенко.

Социально фамилия Байличенко не принадлежала к дворянским или шляхетским родам — такие фамилии на -енко в основном носили казаки, мещане и государственные крестьяне. В ревизских сказках XIX века она встречается в Полтавской и Харьковской губерниях, часто с вариантами написания: Байличенко, Байличенков, Байлич. Известных носителей с этой фамилией, попавших в энциклопедии, нет — это не громкая, а рядовая фамилия, которая говорит о происхождении из простой семьи, возможно, с примесью тюркской крови или культурного влияния.