Фамилия Доленков образована по стандартной для русских фамилий модели: к основе добавлен суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?»). В основе лежит прозвище или некалендарное имя Доленко. Уменьшительно-ласкательный суффикс -енко в прозвище характерен для южнорусских и украинских земель, где такие формы были особенно распространены в XVI–XVII веках. Таким образом, предок носителя фамилии был человеком, которого в своей среде называли Доленко.

Самое прямое объяснение прозвища Доленко — от прилагательного «долгий», то есть «длинный». В русских говорах «долгий» часто означало «высокий ростом». Прозвище Доленко могли дать рослому, долговязому человеку. Устойчивое сочетание «долгий» в значении «высокий» фиксируется в диалектах, и фамилии с корнем Долг-/Долж- (Долгов, Долгих, Долженко) очень часты, что делает эту версию основной.

Вторая версия, менее вероятная, но не исключённая, связывает фамилию с топонимом. На карте встречаются сёла и урочища с названием Доленка, Доленки — обычно в низине, в «долу» (от слова «дол» — низ). Переселенец из такого места мог получить прозвище Доленко. Однако географических названий с таким корнем значительно меньше, чем прозвищ от «долгий», поэтому для большинства носителей фамилии Доленков происхождение от роста предка остаётся главным.

Словообразовательно фамилия интересна тем, что суффикс -енко в основе указывает на украинское или южнорусское влияние, а финальное -ов — на обрусевшую форму. Это типичная картина для фамилий, которые оформились на стыке двух культур: прозвище дали по южнорусской модели, а фамилию записали по московскому стандарту (как «чей сын»). Встречается и более редкий вариант фамилии без переоформления — Доленко, который сохранил исходную украинскую форму.

Сословной привязки у фамилии нет: Доленковы могли быть и крестьянами, и мещанами, и служилыми людьми. Фамилия не указывает на принадлежность к духовенству или дворянству, а её носители рассеяны по разным регионам, что говорит о бытовом, а не искусственном происхождении.