Фамилия Двуйленко — редкий случай, когда числительное становится основой фамильного прозвища. В её основе лежит украинское или южнорусское слово «двуйло» или «двуйленок» — так в диалектах называли второго ребёнка, двойника или того, кто родился вторым по счёту (от «два», «двуй» — двойной). Суффикс -енко, типичный для восточноукраинских фамилий, указывает на происхождение: «сын того, кого звали Двуйло» или «маленький Двуйло». Таким образом, первый носитель фамилии был, скорее всего, младшим сыном или вторым ребёнком в семье, которого выделяли по порядку рождения.

В ономастике известна модель, когда числительные становились прозвищами: Первак, Вторак, Третьяк, Четвертак. Двуйленко — более редкий вариант, образованный не от порядкового номера, а от диалектной формы «двуй» (двойной, второй). В некоторых говорах «двуйло» означало также «близнец» или «двойняшка», что добавляет ещё одну версию: предка могли так прозвать, если он родился в паре с братом или сестрой.

Географически фамилия тяготеет к Слобожанщине и Полтавщине — регионам, где продуктивен суффикс -енко и где сохранились архаичные формы числительных. Встречается она нечасто, что объясняется узкой диалектной основой: далеко не во всех областях слово «двуйло» было в ходу. В документах XIX века Двуйленко фиксируются среди казацкого и крестьянского населения, без связи с дворянством — фамилия сугубо простонародная, возникшая в среде, где прозвище по счёту детей было естественным способом идентификации человека.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Двуйлов, Двуйков, Двуйкин) показывает, что Двуйленко — самая «украинизированная» форма: суффикс -енко закрепил её именно за потомком, а не за самим прозвищем. Если Двуйлов мог означать «принадлежащий Двуйлу», то Двуйленко — «сын Двуйла», что точнее передаёт семейную связь. Спорных трактовок практически нет: корень прозрачен, а альтернативные версии (например, от тюркского «двуй» — «верблюд») не выдерживают критики из-за полного отсутствия тюркских параллелей в словообразовании.