Фамилия Грыленко образована по распространённой в украинской и южнорусской ономастике модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, изначально уменьшительный, в XVII–XVIII веках закрепился как основной патронимический формант, указывающий на происхождение от отца: «сын Грыла» или «потомок Грыла». В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые фиксировали принадлежность, украинские фамилии на -енко подчёркивали родство по прямой линии.

Основа фамилии — прозвище или неканоническое имя Грыло. В его происхождении есть несколько версий, и самая прямая связана с глаголом «грызть». Грылой могли прозвать человека с резким, неуживчивым характером, «грызущего» окружающих попрёками или ссорами. Слово «грызть» в диалектах имело и переносное значение «докучать, придираться» — такое прозвище давали ворчливому, сварливому человеку. Встречается и более бытовая версия: Грыла — тот, кто постоянно «грызёт» что-то, то есть перекусывает на ходу, работает зубами, например, мастер, грызущий проволоку или щиплющий орехи. В некоторых говорах «грыла» называли задиру или драчуна.

Менее вероятно, но возможно, что Грыло — это фонетический вариант имени Григорий, где «Гры-» — результат местного произношения (ср. диалектное «Грыша» вместо «Гриша»). Однако в украинской среде фамилии от Григория чаще образовывались в форме Гриценко, Григоренко, Гришко. Форма Грыленко звучит как производное от Грыла, а не напрямую от Григория, поэтому версия с прозвищем выглядит убедительнее.

Географически фамилия Грыленко тяготеет к восточным областям Украины и югу России, где были сильны украинские переселенческие потоки. Встречается в Черниговской, Сумской, Харьковской областях, а также в Краснодарском крае и Ростовской области — на территориях бывшей Слобожанщины и Кубани. Фамилия не относится к числу распространённых, что типично для прозвищных основ, не перешедших в массовые крестильные имена.

Интересная деталь: суффикс -енко в фамилии Грыленко стоит в полной форме, без редукции. В отличие от фамилий, которые в русском языке адаптировались до Грылёв или Грылкин, Грыленко сохранила исходную украинскую огласовку. Это говорит о том, что носители фамилии долго сохраняли связь с украинской языковой средой, а не перешли на русский патронимический шаблон.