Фамилия Котлёнок — редкий пример того, как прозвище отца превратили в фамилию с помощью уменьшительного суффикса -ёнок. Такая модель образования была распространена в основном на восточнославянских землях — в Беларуси, на Смоленщине, в некоторых областях Украины и юго-западной России. Если в центральных регионах сына плотника или кузнеца записывали бы как Котлов, то в этих краях говорили иначе: «чей ты?» — «Котлёнок», то есть сын Котла.

В основе фамилии лежит прозвище Котёл. Его давали человеку по двум основным причинам. Первая — профессиональная: Котлом называли мастера, который делал, чинил или продавал котлы, медную посуду и самовары. Вторая — по месту жительства: словом «котёл» в народе называли глубокую яму, котловину или овраг, поэтому прозвище мог получить тот, чья усадьба стояла у такого углубления.

Фамилия Котлёнок не входит в число массовых дворянских или купеческих фамилий. Скорее всего, её носили крестьяне или ремесленники, а сама она сохранилась именно благодаря региональной особенности — суффиксу -ёнок, который в официальных документах XVIII–XIX веков постепенно вытеснялся универсальным -ов/-ев, но в некоторых семьях закрепился навсегда.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Котлов, Котловский и Котляров встречаются чаще и шире по географии. Котлёнок — более локальный и редкий вариант, который прямо указывает на то, что предка звали Котёл, а его сына в обиходе называли именно так, а не «Котлов сын».