Фамилия Камойленко — одна из тех, что сразу выдают украинское происхождение. Суффикс -енко, самый распространённый в украинской ономастике, означает «маленький» или «сын»: Камойленко — «сын Камоя» или «потомок Камоя». Это типичная модель для фамилий, которые закрепились в Центральной и Левобережной Украине в XVI–XVII веках, когда фамилии на -енко стали массово вытеснять старые прозвища.

Основа фамилии — Камой — вызывает вопросы. Прямого имени или слова «камой» в украинском или русском языке нет. Наиболее вероятная версия: это фонетически искажённое тюркское имя или прозвище. В степных регионах Украины, особенно в Запорожье и на юге, было множество контактов с тюркскими народами. Имя Кам (или Камай) встречается у ногайцев, татар и башкир; оно могло означать «шаман», «колдун» или просто быть личным именем. Украинское произношение могло добавить окончание -ой, превратив Камая в Камоя. Тогда Камойленко — потомок человека с прозвищем Камой, возможно, знахаря или человека с необычными способностями.

Есть и более прозаичная версия: от диалектного глагола «камать» (ковылять, идти с трудом) или от слова «камой» как варианта «комой» (ком, кусок). Но эта гипотеза слабее, потому что такие корни редко становятся основой для прозвища, которое затем дало бы фамилию с суффиксом -енко. Тюркское происхождение выглядит убедительнее хотя бы потому, что на Украине фамилии с основой Кам- (Каменко, Камай, Камаев) встречаются именно в южных и восточных областях, где влияние тюркских языков было сильным.

Фамилия редкая. В современных российских базах данных она почти не встречается, но единичные носители есть в Украине и в русскоязычной диаспоре. Это не дворянская фамилия и не фамилия духовенства — скорее всего, её носили казаки или крестьяне из южных губерний. Написание с буквой «о» в корне (Камойленко, не Камайленко) закрепилось под влиянием акающих говоров или просто при записи в метриках на слух.