Фамилия Комлыченко — яркий пример украинской модели фамилий, сформированной с помощью патронимического суффикса -енко. Этот суффикс в украинской ономастике означает «сын» или «потомок» (ср. Шевченко — сын Шевца). Таким образом, Комлыченко — это буквально «сын Комлыка» или «потомок Комлыка».

Основа фамилии — прозвище Комлык. В украинских говорах слово «комлик» (или «комля») имеет два связанных значения. Первое — «обрубок дерева», «чурбан» или «комель» (утолщённая нижняя часть ствола). Второе — переносное: «неповоротливый, грубоватый человек», иногда «коренастый, плотный мужчина». Прозвище могли дать либо по физической особенности (крепкий, приземистый), либо по характеру (упрямый, тяжёлый на подъём). Встречается и вариант «комлатый» — лохматый, косматый, что тоже могло стать источником прозвища.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкащине, Сумщине. В дореволюционных метрических книгах Комлыченко встречаются преимущественно среди казацкого и крестьянского сословий. Примечательно, что фамилия не получила широкого распространения в России: она осталась локальной, украинской, и не переоформлялась в «Комлыков» или «Комлычкин» — суффикс -енко сохранился в исходном виде.

Родственными по корню можно считать фамилии Комлык, Комляков, Комлатый. Но Комлыченко стоит особняком: суффикс -енко чётко указывает на украинское происхождение и на то, что предок носителя фамилии был известен в своей общине под прозвищем Комлык. Скорее всего, это был человек заметный — либо внешностью, либо нравом, раз прозвище закрепилось за целым родом.