Фамилия Котуленко — характерный пример украинской модели образования фамилий на -енко, и в этом её главная особенность. Суффикс -енко в XVII–XVIII веках был распространён в Поднепровье, Слобожанщине и на юге современной Украины, обозначая потомка: буквально «маленький», «сын» или «ученик» того, кто назван в основе. Таким образом, Котуленко — это «сын Котула» или «потомок Котула».

Основа фамилии — прозвище Котул. В украинских говорах слово «котул» имело несколько значений. Самое вероятное — это уменьшительное от «кот» (как «котёнок»), но с оттенком ласкательности или, наоборот, иронии. В некоторых регионах «котул» называли человека невысокого роста, юркого, с мягким характером, либо того, кто любил поспать или поесть. Менее распространённая версия связывает «котула» с глаголом «котуляти» — катиться, перекатываться, что могло быть прозвищем неуклюжего или полноватого человека.

С точки зрения социального происхождения, фамилия Котуленко, скорее всего, относится к крестьянской или казачьей среде. На рубеже XVII–XVIII веков такие фамилии на -енко закреплялись за простыми людьми, в том числе за реестровыми казаками. Встретить Котуленко можно было в Полтавской, Черниговской, Харьковской губерниях, а также в Запорожье. Позже, с миграциями, фамилия распространилась и в соседние регионы России, особенно в Ростовскую область и Краснодарский край.

Важно не путать Котуленко с фамилией Котенко. Несмотря на похожее звучание, Котенко образовано напрямую от «кот» или «Кот» (как прозвище или мирское имя), а Котуленко — от производной формы «Котул», что добавляет уменьшительно-ласкательный оттенок. Встречаются и варианты написания: Котуленко, Котуленка (в родительном падеже в украинском языке), а также редкая форма Котулянко. Но основная, исторически закрепившаяся — именно Котуленко.