Фамилия Матыленко — один из образцов украинской фамильной модели на -енко, самой распространённой на Левобережной и Степной Украине. Суффикс -енко в XVII–XVIII веках означал «маленький», «сын» или «ученик»: Матыленко — буквально «сын Матылы». Но здесь скрывается неочевидная деталь: основа «Матыла» — это не имя, а, скорее всего, прозвище или производное от крестильного имени.

Самая вероятная версия — фамилия восходит к украинскому прозвищу Матила, которое образовано от глагола «матиляти» — «медленно делать», «копаться», «волочить». В говорах это слово могло относиться к человеку неторопливому, вялому или, наоборот, к тому, кто работает медленно, но основательно. В пользу бытового, а не церковного происхождения говорит и то, что в православных святцах имени Матила нет.

Менее убедительная, но возможная версия — связь с польским или белорусским словом matyła (мотыга, тяпка). В этом случае прозвище мог получить земледелец или огородник. Однако в украинском языке для мотыги есть собственное слово «мотика», поэтому такое заимствование маловероятно.

Фамилия Матыленко встречается в основном в центральных и северных областях Украины — Черниговской, Полтавской, Киевской. В России она редка и чаще всего фиксируется у потомков переселенцев с Украины конца XIX — начала XX века. Вариация Матыленков (с дополнительным суффиксом -ов) встречается в русских документах как результат адаптации украинской фамилии к русской модели.

Интересно, что фамилия не перешла в разряд дворянских или казацких старшинских — она осталась в среде крестьян и мещан. Это подтверждается и тем, что ни в одном из известных реестров запорожского казачества или списков украинской шляхты Матыленко не значится.