Фамилия Гавриленко образована от крестильного мужского имени Гавриил, что в переводе с древнееврейского означает «божественный воин». Украинский суффикс -енко указывает на происхождение по отцу: Гавриленко буквально понималось как «сын Гавриила». Такая модель фамилий была особенно распространена в Поднепровье и Левобережной Украине в XVI–XVII веках, когда прибавить к имени отца суффикс -енко было самым простым способом закрепить родовое прозвище.

В русском языке фамилия закрепилась уже в XIX веке, когда носители переселялись в центральные губернии и Сибирь. Памятные книги фиксируют Гавриленко в разных регионах. В Книгу памяти Томской области внесён Гавриленко Абрам Моисеевич, родившийся в 1905 году в селе Чертушка Фроловского района Сталинградской области. В Книге памяти Московской области упоминается доцент МВТУ имени Баумана Гавриленко Владимир Александрович (р. 1899). В Книге памяти Приморского края записан Гавриленко Григорий Андреевич (р. 1907), проживавший в селе Зеньковка Спасского района. Эти записи показывают широкую географию бытования фамилии — от Поволжья до Дальнего Востока.

Одним из наиболее известных однофамильцев — Александр Павлович Гавриленко (1861–1914), русский инженер-механик. Он внёс заметный вклад в развитие высшего технического образования в России: организовал лабораторию для испытания материалов и машин, выделил курс технологии металлов в качестве самостоятельной дисциплины. Его имя связывают со становлением инженерной школы Московского технического училища.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречаются в великорусских областях, Гавриленко сохраняет типично украинскую модель. В некоторых говорах встречается вариант с одной «л» — Гариленко, но это скорее описка или диалектное упрощение. При разборе фамилии важно помнить, что основа — не прозвище и не профессия, а церковное имя, которое после раскола и секуляризации стало восприниматься как обычное семейное.