Фамилия Гавиленко — один из примеров того, как украинская модель образования фамилий накладывается на старую русскую или южнославянскую основу. Её ядро — имя или прозвище Гавила, которое представляет собой народную, упрощённую форму канонического имени Гавриил (в переводе с древнееврейского «моя сила — Бог»). В украинской и южнорусской среде имя Гаврила часто редуцировалось до Гавила, теряя звук «р» — явление, типичное для разговорной речи.

Суффикс -енко указывает на украинское происхождение. В XVI–XVIII веках фамилии с этим суффиксом означали «сын» или «потомок»: Гавиленко, таким образом, буквально «сын Гавилы». Это одна из самых распространённых моделей в Левобережной Украине и на Слобожанщине (современные Черниговская, Полтавская, Сумская области). Если бы фамилия формировалась в центральной России, она выглядела бы как Гавилов или Гавилин.

Интересно, что основа Гавила встречается не только как производное от Гавриила. В некоторых говорах «гавила» могло быть прозвищем для рассеянного, зевающего человека (от глагола «гавить» — зевать, медлить). Однако первая версия — от имени — гораздо надёжнее: прозвищные фамилии с суффиксом -енко практически всегда восходят к личным именам, а не к нарицательным словам.

Сословно Гавиленко могла принадлежать кому угодно: в реестрах Войска Запорожского встречаются казаки с такой фамилией, а в метрических книгах XIX века — крестьяне и мещане. Дворянские ветви у этой фамилии не зафиксированы, что типично для поздних украинских фамилий массового распространения.

В современной России фамилия редкая, но встречается в Краснодарском крае и Ростовской области — регионах, куда активно переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. На Украине она сосредоточена в центральных и северных областях.