Фамилия Гусеница — редкий пример прозвищной фамилии, образованной напрямую от названия насекомого. Вопреки ожиданию, прозвище «Гусеница» вряд ли давали медлительному или неприметному человеку. Скорее всего, его получил обладатель чего-то мохнатого, полосатого или извивающегося — например, человек с густыми косматыми бровями, неопрятной шевелюрой или носивший одежду из меха грубой выделки. В некоторых говорах «гусеницей» называли не только личинку бабочки, но и плетёный жгут, шнур или даже вид пытки — подвешивание за связанные руки. Возможно, прозвище закрепилось за мастером, делавшим такие верёвки, или за человеком, который часто сутулился, напоминая изогнутую гусеницу.

Модель образования фамилии — бессуффиксная, типичная для украинской, белорусской и южнорусской традиции, где прозвище переходило в фамилию без изменений (как Сорока, Жук, Шмель). Именования, образованные по той же модели, что и фамилия Гусеница, широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян. В русском языке фамилии на -ица встречаются реже, чем на -ов или -ин, что делает Гусеницу отчётливым маркером региона. Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям — там, где названия насекомых чаще становились прозвищами без дополнительных суффиксов.

Славянские фамилии возникали от личного прозвища или от имени (христианского или языческого). В случае Гусеницы мы имеем дело именно с прозвищем, причём не обидным, а описательным — как и многие «насекомые» фамилии (Комар, Муха, Жук). В документах XVII–XVIII веков такие прозвища фиксировались у крестьян и посадских людей, но в дворянскую среду почти не проникали. Поэтому носитель фамилии Гусеница, скорее всего, происходит из крестьянской или ремесленной среды, где прозвища цеплялись за внешность, поведение или занятие.

В написании фамилии возможны колебания: Гусеница, Гусениця, Гусеницин (последнее — уже с русским суффиксом принадлежности). Встречается также вариант с ударением на первый слог — Гусеница, что характерно для северных говоров, или на второй — Гусеница, что ближе к украинской норме. При переезде в крупные города фамилию могли «обрусить», добавив окончание -ов, но исходная форма сохранилась у многих семей как знак региональной идентичности.