Фамилия Гнилозубенко — одна из тех, что не скрывает своего происхождения. В её основе лежит прозвище Гнилозуб, которое, в свою очередь, сложилось из двух корней: «гнил-» (от слова «гнилой», то есть испорченный, сгнивший) и «-зуб» (костное образование в челюсти для захвата и пережёвывания пищи). Прямое значение прозвища — «человек с гнилым зубом». Скорее всего, так называли того, кто страдал от больных зубов — в прошлом это была заметная и распространённая проблема, которая могла стать отличительной чертой.

Интересна здесь не столько семантика, сколько модель образования. Суффикс -енко — типичный украинский патронимический суффикс, указывающий на происхождение: «чей-то сын» или «потомок». В данном случае Гнилозубенко — это буквально «сын Гнилозуба». Такая модель была особенно распространена в Левобережной и Слободской Украине (современные Черниговская, Полтавская, Сумская, Харьковская области). Поэтому, в отличие от многих фамилий с той же основой, оканчивающихся на -ов (Гнилозубов), вариант с суффиксом -енко чётко указывает на украинскую или южнорусскую среду бытования.

Прозвища по физическим недостаткам были в ходу у всех сословий, но в фамилии закреплялись реже, чем прозвища по профессии или чертам характера. Тем не менее, они сохранились, поскольку были точны и не требовали пояснений. Гнилозуб — не обидная кличка, а скорее констатация факта, по которому человека знали в округе. Сам корень «гнил-» встречается и в других прозвищных фамилиях (Гниломёдов, Гнилорыбов), что подтверждает: слово было активным в народной антропонимии.

Таким образом, фамилия Гнилозубенко означает «потомок человека по прозвищу Гнилозуб» и несёт в себе точную примету внешности предка, а также региональную привязку к украинской патронимической традиции.