В основе фамилии Гомолко лежит древнерусское слово «гомола» — ком, шар, кусок чего-то круглого. От него образовалось уменьшительное «гомолка», которое в некоторых говорах означало детскую соску. Исходное прозвище Гомолко, скорее всего, дали человеку за внешность — полному, круглому, неуклюжему, похожему на ком. Но есть и вторая версия: прозвище могло указывать на ремесленника, который делал детские соски или игрушки. Такие «профессиональные» прозвища были распространены в старину наравне с описательными.

Фамилия образована по украинской модели с помощью суффикса -ко, который в восточнославянских землях часто присоединяли к прозвищам и личным именам, превращая их в родовое имя. Встречается она преимущественно в украинском и белорусском регионах, а также в прилегающих областях России, куда переселялись носители юго-западных говоров. В старых реестрах запорожских казаков и переписях Гетманщины можно найти похожие прозвища — Гомол, Гомола.

Суффикс -ко придаёт фамилии оттенок уменьшительности или принадлежности: Гомолко — буквально «маленький Гомол» или «сын Гомола». Со временем прозвище закрепилось как наследственная фамилия, и сегодня её носители могут быть потомками как тучного человека, так и мастера-игрушечника. Однозначно выбрать одну из версий сложно — обе имеют право на существование, и в каждом конкретном роду истинное значение могло быть своим.