Фамилия Хмоленко — одна из тех, чья форма сразу подсказывает путь к разгадке: суффикс -енко безошибочно указывает на украинское происхождение. В XVII–XVIII веках этот суффикс (уменьшительно-патронимический) активно вытеснял на Левобережной Украине более старые формы на -ович/-евич. Если фамилия оканчивается на -енко, перед нами почти наверняка потомок человека, которого в народе звали Хмол.

С основой сложнее. Самый прямой и правдоподобный путь — от слова «хміль» (хмель). В украинских говорах возможна форма «хміль» → «хмоль» с закономерным чередованием (и/о под ударением или в закрытом слоге). Тогда Хмол — это прозвище человека, имевшего отношение к хмелю: либо хмелевода, либо пивовара, либо того, кто торговал хмелем. В Малороссии хмелеводство было развито, особенно на Волыни и в Черниговщине, так что основа бытовая и крепкая.

Вторая версия, менее очевидная, но лингвистически возможная: связь с диалектным глаголом «хмолити» или «хмарити» — пасмурнеть, хмуриться. В этом случае Хмол — прозвище угрюмого, неразговорчивого человека. Однако такая основа встречается реже, и в фамилиях чаще закрепляются прозвища по профессии или по заметной внешней черте, а не по настроению.

С точки зрения географии, фамилия Хмоленко редкая и локальная. По открытым данным переписей, её носители в основном сконцентрированы на севере Украины (Черниговская, Сумская области) и в приграничных районах России (Брянская, Курская области). Это подтверждает версию о хмелеводческом регионе.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то в украинском ономастиконе есть Хмель, Хмеленко, Хмельниченко — все они явно от хмеля. Хмоленко стоит в этом же ряду, но с редким фонетическим вариантом корня. В русских фамилиях такой основы почти нет, что ещё раз подчёркивает украинский генезис.

Итог: Хмоленко — украинская патронимическая фамилия, образованная от прозвища Хмол, которое с высокой вероятностью связано с хмелем и профессией хмелевода или пивовара. Предки носителя этой фамилии жили, скорее всего, на севере современной Украины и занимались традиционным для тех мест промыслом.