Фамилия Кожеленко образована по типичной для украинского и южнорусского ономастикона модели с суффиксом -енко. Этот суффикс, один из самых распространённых в восточнославянских фамилиях, изначально указывал на отчество или принадлежность к роду: Кожеленко — буквально «сын Кожела». Основа фамилии — прозвище Кожел, которое, скорее всего, связано с ремеслом. В основе лежит слово «кожа», а «кожел» — человек, имеющий дело с кожей: кожевник, скорняк или, возможно, тот, кто торговал кожаными изделиями. В старину кожевенное дело было одним из важнейших, и прозвища по профессии давали часто, поэтому версия с ремеслом — самая прямая и правдоподобная.

Менее вероятно, но возможно, что Кожел — это вариант прозвища Козёл (с характерным для украинского языка чередованием о/і в разных говорах). Однако такое объяснение требует дополнительных допущений, в то время как связь с «кожей» лежит на поверхности и не нуждается в натяжках.

Фамилия Кожеленко — украинская по происхождению, что подтверждается не только суффиксом, но и ареалом бытования. Она встречается преимущественно в центральных и восточных областях Украины, а также среди потомков украинских переселенцев на Кубани и в других регионах России. В официальных документах Российской империи фамилию могли записать и как Кожеленко, и как Кожеленков — последняя форма возникла под влиянием русской модели на -ов, но прижилась реже.

Социальный состав носителей фамилии был разнородным. Как и большинство фамилий на -енко, она не указывает на дворянское происхождение. Предки современных Кожеленко, вероятнее всего, были казаками или крестьянами, занимавшимися ремеслом. В казачьей среде прозвище Кожел могло закрепиться за человеком, который выделывал кожу для сёдел, конской упряжи или одежды — ремесло, необходимое в походном быту.