Фамилия Гонуленко — одна из тех, чей корень уходит в прозвище, а не в крестильное имя. Основа «Гонула» или «Гонуля» в украинской и южнорусской традиции, скорее всего, связана с глаголом «гонить» — то есть гнать, подгонять, понукать. Такое прозвище могли дать человеку нетерпеливому, торопливому или тому, кто работал погонщиком, например, на чумацких возах или при перегоне скота. В украинских говорах есть и слово «гонуля» — так могли назвать бойкого, непоседливого ребёнка или взрослого с резким характером.

Суффикс «-енко» — типичный для украинских фамилий, образованных от прозвищ. В XVII–XVIII веках, когда фамилии в Украине только закреплялись, «-енко» указывало на потомка: «Гонуленко» буквально означало «сын (или потомок) Гонулы». Такая модель была особенно распространена на Левобережной и Слободской Украине — на территории современных Полтавской, Харьковской, Сумской областей. Именно там стоит искать ранние упоминания этой фамилии.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным «гонуля» в значении «небольшой холм, бугор» (от «гон» — возвышенность). Тогда прозвище могло относиться к человеку, жившему на пригорке. Однако смысловая связь с действием «гнать» выглядит убедительнее, так как прозвища по характеру и роду занятий встречаются чаще топографических.

В написании фамилии через «у» (Гонуленко, а не Гоналенко) сохранился древний корень с огублённым гласным, характерный для украинской фонетики. В русских переписях XIX века фамилию могли записывать как «Гонуленков», добавляя типичный русский суффикс «-ов», но исходная форма на «-енко» осталась преобладающей. Сегодня фамилия редкая, её носители встречаются в основном в Украине и среди потомков переселенцев в Краснодарском крае и Ростовской области.