Фамилия Булыбенко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко, которая в XVII–XVIII веках стала самой продуктивной на Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко изначально имел значение «маленький», «сын» или «потомок», то есть Булыбенко — это буквально «сын Булыбы». Основа фамилии — прозвище Булыба, которое, скорее всего, происходит от украинского или южнорусского слова «булыба» (реже «бульба»). В народных говорах так называли картофель, но в переносном смысле — человека круглого, полного, либо неуклюжего и неповоротливого. Возможно, прозвище было связано и с диалектным «булыга» — булыжник, камень, что могло указывать на твердый, упрямый характер.

Менее вероятна, но допустима версия, что в основе лежит глагол «булыбать» — издавать булькающие звуки, плескаться. В таком случае прозвище мог получить кто-то шумливый или, наоборот, молчаливый, бурчащий под нос. В любом случае, корень явно звукоподражательный или описательный, а не от крестильного имени.

Географически фамилия Булыбенко тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкасщине, Сумщине. В России она встречается реже, чаще всего как след переселения украинских крестьян или казаков в XVIII–XIX веках. Поскольку фамилия образована от прозвища, а не от имени, она не указывает на конкретное ремесло или сословие предка — её носителями могли быть и казаки, и крестьяне, и мещане. Судя по модели, фамилия сформировалась не позднее XVII века, когда прозвищные фамилии на -енко массово закрепились за потомками казацкой старшины и рядовых казаков.

В написании фамилии обращает на себя внимание редкий для украинских фамилий звук «ы» — в украинском языке ему обычно соответствует «и» (Булибенко). Форма с «ы» выдает влияние русского языка либо южнорусских говоров, где «ы» сохранялось. Поэтому в документах XIX века можно встретить варианты Булибенко, Булыбенко и даже Булыбенков — последний результат русификации через добавление суффикса -ов.