Фамилия Горлеко — редкий случай, когда прозвище перешло в фамилию почти без изменений, сохранив глагольную основу. В отличие от типичных русских фамилий на -ов/-ев или -ин, эта застыла в форме повелительного наклонения: «горли» (от «гореть» или «горевать») плюс местоименная частица «-ко», характерная для украинского и южнорусского именования. Буквально — «Горюй-ка» или «Гори-ка».

Слово «горлити» в украинских говорах означает «горевать», «тужить». Прозвище Горлико могли дать человеку печального нрава или тому, кто постоянно жаловался на судьбу. Однако есть и вторая версия — от «гореть»: «горли» как призыв к действию, например, к работе в кузнице или у печи. В таком случае прозвище закреплялось за расторопным, «горячим» в работе человеком.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям. Суффикс -ко типичен для Поднепровья и Слобожанщины: Горленко, Горличенко, а форма без -ен- (Горлеко) встречается реже и считается более архаичной. В дореволюционных переписях носители фамилии фиксировались в Черниговской, Полтавской и Курской губерниях — там, где смешивались великорусские и малорусские говоры.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, что Горлеко стоит особняком. Есть Горлов (от «горло»), Горлин (от птицы горлицы) и Горюнов (от «горе»). Но Горлеко — единственная, где основа — чистый глагол без суффикса принадлежности. Это говорит о том, что фамилия могла возникнуть как уличное прозвище в среде казачества или сельских ремесленников, где меткое слово ценилось выше формальной фамильной традиции.

О дворянском происхождении Горлеко данных нет. Скорее всего, это фамилия крестьянская или мещанская, и её носители не оставили следов в родословных книгах. В современной России фамилия сохраняется в единичных экземплярах, преимущественно в Белгородской и Воронежской областях — на границе исторического расселения, где и возникла эта необычная словесная конструкция.