Фамилия Гнилко образована по модели, характерной для западноукраинских и белорусских земель, где суффикс -ко (уменьшительно-уничижительный или просто фамильный) присоединяли к прозвищам и именам. Основа здесь — прилагательное «гнилой». В прямом смысле так могли прозвать человека, живущего в болотистой, сырой местности, где всё преет и гниёт, либо связанного с заготовкой лесоматериала низкого качества — гнилой древесины. Однако в народной речи слово «гнилой» имело и переносное значение: хилый, болезненный, слабосильный человек. Прозвище Гнилко, скорее всего, закрепилось за тем, кто выглядел тщедушным или часто хворал.

В украинской ономастике есть целое гнездо похожих фамилий: Гниленко, Гниляк, Гнилуша. Гнилко стоит ближе к северным и западным говорам — в польском языке аналогичное прозвище Gnilko встречается в документах XVI–XVII веков. На территории современной России фамилия редкая, чаще фиксируется в Брянской, Смоленской областях и на Кубани, куда переселялись украинские крестьяне.

С точки зрения словообразования, суффикс -ко в этой фамилии не указывает на отчество (в отличие от -енко), а скорее выполняет роль прозвищного окончания, как у фамилий Шульга → Шульжко или Лысый → Лыско. То есть предок носителя фамилии не был «сыном Гнилы», а сам носил прозвище Гнилко — возможно, с оттенком насмешки или бытовой наблюдательности. Сословной привязки у фамилии нет: так могли назвать и крестьянина, и мещанина, и казака.

Встречается вариант написания через «е» — Гнелко, но он ошибочный: корень «гнил-» сохраняется во всех формах. Ударение в фамилии, судя по произносительной норме, падает на первый слог: Гни́лко.