Фамилия Куроленко — это, скорее всего, фонетический вариант более распространённой фамилии Куриленко. Замена гласной «и» на «о» в корне — явление нередкое для устной речи и письменной фиксации фамилий, особенно в южнорусских говорах и украинском языке, где звук мог редуцироваться или записываться на слух. Именно эта региональная особенность произношения и закрепилась в фамилии Куроленко, сделав её отдельной, хоть и родственной формой.

Сама основа фамилии — Курило — имеет два основных объяснения. Первое и самое вероятное: Курило — это просторечная, народная форма крестильного имени Кирилл. Имя Кирилл греческого происхождения, означает «маленький господин». В быту имя обросло множеством уменьшительных и производных форм: Кирилка, Киря, а также Курил и Курила. Второе объяснение отталкивается от нарицательного значения. В старину глагол «курить» имел не только прямое значение «дымить», но и переносное — «бедокурить, проказить, шалить». Соответственно, прозвище Курила могли дать непоседливому, озорному человеку или забияке.

Суффикс -енко — типичный для украинской и южнорусской ономастики. Он указывает на родство: буквально Куроленко — «сын Куролы» (или Курилы). Такая модель была основной для формирования фамилий в казацкой среде и среди крестьянства. Таким образом, предок носителя фамилии Куроленко, кем бы он ни был по сословию, носил либо имя Курила (от Кирилла), либо прозвище Курила за свой бойкий нрав.