Фамилия Биленченко — характерный пример украинской фамилии, образованной по продуктивной модели на -енко. Эта модель, по наблюдениям ономаста Б. Унбегауна, в XVII–XVIII веках стала доминирующей на Левобережной и Слободской Украине, вытесняя старые патронимы на -ович/-евич. Суффикс -енко в буквальном смысле означал «маленький», «сын» или «потомок», то есть Биленченко — это «потомок Биленка».

Основа фамилии — Биленко, которая сама является уменьшительной формой от личного имени или прозвища. Ключевой корень здесь — «Бил-», который восходит к украинскому «билий» (белый). Таким образом, Биленко — это «маленький Белый», а Биленченко — «сын маленького Белого». В украинской антропонимии прозвища по цвету волос, кожи или одежды были одними из самых распространённых, поэтому первый носитель фамилии почти наверняка был светловолосым или бледнолицым человеком, которого в округе звали Білий, а его сына — Біленко.

Интересна двойная уменьшительная форма: сначала суффикс -к- (Бил-енк-о), а затем ещё один патронимический суффикс -енк- (Биленч-енк-о). Такая цепочка («внук по прозвищу») встречается реже, чем просто «сын», и указывает на то, что фамилия закрепилась не сразу, а прошла стадию внутрисемейного прозвища. В русском языке под влиянием аканья фамилия могла писаться и как «Беленченко», но исходная украинская форма с «и» более устойчива.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкасщине, Киевщине. В России она встречается в основном в регионах, куда шли переселенцы с Украины: на Кубани, в Воронежской и Ростовской областях. Социально носители фамилии относились к казацкой или крестьянской среде — фамилии на -енко редко встречались у шляхты, которая предпочитала формы на -ский.