Фамилия Котолупенко звучит необычно и сразу привлекает внимание своей корневой частью — «котолуп». В ней слышится что-то шутливое, почти прозвищное, и это верное направление. Скорее всего, перед нами украинская фамилия, образованная от прозвища, которое, в свою очередь, сложилось из двух корней: «кот» и «луп». В украинском языке глагол «лупити» означает «бить, колотить, сдирать кожуру». Таким образом, «котолуп» — это человек, который «лупит кота», то есть бьет или обижает кошку. Прозвище могли дать за грубость или, напротив, за шутливую привычку, но в любом случае оно было ярким и запоминающимся.

Суффикс «-енко» — классический украинский патронимический суффикс, означающий «сын» или «потомок». Котолупенко — это буквально «сын Котолупа». Такая модель образования была особенно распространена в Левобережной Украине, в частности на Полтавщине и Черниговщине, в казачьей среде, где прозвища часто становились основой для фамилий. В отличие от великорусских фамилий на «-ов» или «-ин», украинские фамилии на «-енко» долгое время не были закреплены за дворянством или духовенством, а бытовали среди крестьян и казаков, что делает их демократичными по происхождению.

Интересно, что в русском языке существует похожая фамилия Котолупов, и она тоже встречается, но реже. Украинская форма на «-енко» указывает, что предки носителя фамилии жили на территории современной Украины или в южнорусских губерниях, где было сильно украинское влияние. Встречаются и варианты написания, например, Котолупенко с буквой «о» в первом слоге, что характерно для акающих говоров, но исходная основа, скорее всего, была именно «котолуп».

Есть и другая, менее вероятная, но возможная версия: связь со словом «лупить» в значении «сдирать шкуру». В этом случае «котолуп» мог быть кожевником, который обрабатывал кошачьи шкуры. Однако такая профессия была редкой и не имела массового распространения, поэтому версия с прозвищем за поведение выглядит правдоподобнее. Ономастический словарь Б. Унбегауна фиксирует подобные «зоологические» прозвища как типичные для народной ономастики, где животное выступало метафорой человеческих качеств.

Географически фамилия Котолупенко сегодня встречается в основном в Украине и в южных регионах России, куда переселялись украинцы в XVIII–XIX веках. Носителей немного, что делает фамилию редкой и колоритной. В дореволюционных метрических книгах её можно найти в Черниговской и Полтавской губерниях.