Фамилия Кильяченко — яркий пример восточнославянской фамилии, образованной по продуктивной модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, характерный прежде всего для украинской ономастики, означает «маленький», «сын» или «потомок». В буквальном смысле Кильяченко — «сын Кильяка» или «потомок человека по прозвищу Кильяк». Модель на -енко была особенно распространена в Левобережной Украине, Слобожанщине и южнорусских областях, поэтому географически фамилия тяготеет к этим регионам.

Основа фамилии — прозвище Кильяк. Здесь возможны два основных объяснения. Первое и самое очевидное: это производное от канонического имени Акила (из латинского aquila — «орёл»). В народной речи имя Акила могло сокращаться и видоизменяться до форм Кила, Киля, а затем и Кильяк. Второе, более редкое, но правдоподобное объяснение связывает прозвище с диалектным словом «киль» — так в некоторых говорах называли кильку, мелкую рыбу, или же давали прозвище тощему, худому человеку. Учитывая, что суффикс -як в прозвищах часто придавал экспрессивный оттенок (сравните: Глушак, Добряк, Костяк), Кильяком могли прозвать либо обладателя «птичьего» имени Акила, либо человека с заметной внешней особенностью.

Интересна и словообразовательная деталь: в фамилии Кильяченко ударение, скорее всего, падает на второй слог — Килья́ченко, что типично для многих фамилий на -енко. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые жёстко указывали на принадлежность к отцу (чей сын?), модель на -енко была более гибкой и долгое время сохраняла значение прямого родства, а не просто наследственного прозвания. Это значит, что в XVII–XVIII веках носитель фамилии Кильяченко воспринимался именно как младший в роду Кильяков.

Сведений о дворянском происхождении фамилии нет. Скорее всего, предки Кильяченко относились к казачеству, крестьянству или мещанству — тем сословиям, где фамилии на -енко формировались естественным путём, от уличных прозвищ, и фиксировались в ревизских сказках и исповедных росписях. Поиск по современным базам данных показывает, что фамилия встречается в основном на территории Украины (особенно в Черниговской, Полтавской и Сумской областях) и в прилегающих областях России, что подтверждает её украинские корни.