Фамилия Колотиленко — характерный пример украинской модели фамилий на -енко, которые в XVII–XIX веках массово вытеснили более старые именования в Левобережной и Слободской Украине. Суффикс -енко исходно означал «маленький» или «сын такого-то»: Колотиленко — буквально «сын Колотила» или «младший Колотило». Сама основа Колотил- восходит к прозвищу Колотило, которое могло иметь два совершенно разных значения.

Первое и самое очевидное — от глагола «колотить». В украинских говорах «колотило» — это не просто драчун или буян (хотя и такое значение возможно), а конкретное орудие: палка для сбивания масла, мутовка, а также приспособление для трепания льна. Человек, получивший такое прозвище, мог быть маслобойщиком, льнотрепальщиком или просто мастером, работающим с колотушкой. Второе, менее известное значение — «колотило» как деталь водяной мельницы, кулак на валу, который поднимает пест. Тогда прозвище могло достаться мельнику или плотнику, строившему мельницы.

В украинской антропонимике фамилии на -енко от прозвищ с суффиксом -ил(о) встречаются нечасто. Ближайшие аналоги — Крутиленко (от «крутило»), Молотиленко (от «молотило»), Вариленко. Все они указывают на занятие или характерный признак, а не на крестильное имя. Это отличает Колотиленко от массы фамилий на -енко, образованных от имён (Иваненко, Павленко).

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Черкасской, Полтавской, Киевской. В России она встречается в приграничных с Украиной регионах, особенно в Белгородской и Воронежской областях, куда переселялись украинские крестьяне в XVIII–XIX веках. Двойное написание — Колотиленко и изредка Колотыленко — связано с произносительной нормой: в украинском языке «о» в закрытом слоге переходит в «і», но на письме это отражается не всегда.

Сословная принадлежность носителей фамилии — почти исключительно крестьянская или казацкая. В реестрах Запорожской Сечи и в исповедных ведомостях XVIII века Колотиленко не фигурируют среди старшины, что подтверждает «ремесленное» происхождение прозвища. Фамилия недворянская, без герба и без связи с известными историческими родами.