Фамилия Дидиленко — типичный пример украинской фамилии, образованной по самой распространённой в этой среде модели: суффикс -енко. В XVII–XVIII веках на землях Гетманщины и Слобожанщины этот суффикс стал главным маркером фамилии, вытеснив другие варианты. Дидиленко означает «маленький Дидило» или «потомок Дидилы» — так называли сына, а позже и внука человека по имени или прозвищу Дидило.

Основа фамилии — Дидил — вызывает вопросы. В украинском языке слово «дід» означает «дед», «старик». Форма «діділ» могла быть уменьшительно-ласкательным именованием пожилого человека (что-то вроде «дедуля»). В народной речи так могли прозвать мужчину, который рано поседел, выглядел старше своих лет или имел внуков в молодом возрасте. Менее вероятная версия — связь с именем Діодор (разговорная форма Дідил), но в украинской ономастике такая гипотеза считается слабой, так как имя Діодор было редким в крестьянской среде.

Географически фамилия Дидиленко тяготеет к центральным и восточным областям Украины. Наибольшая концентрация носителей — в Черкасской, Полтавской и Сумской областях. Российские переписи XIX века фиксировали Дидиленко преимущественно в Курской и Воронежской губерниях, куда переселялись украинские крестьяне. Сословно это почти всегда были казаки или государственные крестьяне — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Словообразовательная модель проста: корень «дидил-» + суффикс «-енко». Ударение в фамилии плавающее — в украинском варианте чаще на втором слоге (Диди́ленко), в русском быту нередко смещается на третий (Дидиле́нко). Такая же модель встречается у фамилий Діденко, Дідковський, Дідух — все они восходят к тому же корню «дід».