Фамилия Горгуленко — яркий пример украинской модели фамилий на -енко. Суффикс -енко, характерный для Поднепровья и Левобережной Украины, в XVI–XVII веках активно вытеснял более старые патронимы на -ович/-евич. Первоначально он означал «маленький» или «сын»: Горгуленко — «сын Горгула» или «маленький Горгул». Впоследствии фамилии на -енко закрепились как наследственные, став самой массовой группой украинских родовых имён.

Основа фамилии — прозвище Горгул. Его происхождение неочевидно, и здесь возможны две версии. Первая — звукоподражательная: горгул могло означать человека с гортанным, «горловым» голосом, ворчуна или того, кто издаёт нечленораздельные звуки. В говорах встречается глагол «горготать» — шуметь, громко говорить, кричать. Вторая версия — от диалектного «горгуля» (шишка, нарост, комок). Тогда прозвище могло относиться к внешности: человек с заметной шишкой, родинкой или просто коренастый, плотный. Оба варианта правдоподобны, но первая версия (по голосу) встречается в ономастике чаще — аналогично фамилиям Громов, Грохотов, Воркотун.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает уточнить ареал. Горгола, Горгуль, Горголюк — все они распространены в центральных и восточных областях Украины: Полтавщина, Черкасщина, Киевщина. Фамилия Горгуленко, вероятно, сформировалась именно там. В российских переписях и ревизских сказках XIX века она почти не встречается — это дополнительный аргумент в пользу её украинского происхождения.

Социальный состав носителей фамилии типичен для украинского казачества и крестьянства. Фамилии на -енко в XVIII–XIX веках были распространены среди всех сословий, но особенно — среди свободных крестьян и казаков, а не среди шляхты (у которой преобладали фамилии на -ский). Так что предки Горгуленко, скорее всего, были не знатного, но и не крепостного происхождения — вольные хлеборобы или мелкие служилые люди.

В написании фамилии возможны варианты: через «о» во втором слоге (Горгуленко) или через «а» (Гаргуленко), но первый вариант — основной. Встречается также усечённая форма Горгул, которая могла быть исходным прозвищем.