Фамилия Мыхайленко — один из редких примеров, где народное произношение закрепилось в письменном виде и вытеснило литературную норму. В основе лежит имя Михаил, но не в его книжной, церковной форме, а в разговорной — Мыхайло. В украинской и южнорусской среде звук [и] под ударением часто переходил в [ы] после твёрдых согласных: так Михайло превращалось в Мыхайло. Фамильный суффикс -енко — типичный для Восточной Украины, он означает «сын» или «потомок». То есть Мыхайленко — буквально «сын Мыхайла», а в более широком смысле — потомок человека по имени Мыхайло.

Ударение в фамилии, скорее всего, падает на последний слог — Мыхайле́нко, как у большинства фамилий на -енко. Хотя в бытовой речи встречаются варианты с ударением на второй слог, закрепилась именно флективная модель. В документах XIX века могли писать и «Михалченко», и «Мыхайленко» — тогда орфография не была строгой, и писарь записывал на слух. Поэтому в архивных записях стоит искать все похожие варианты: Мыхайленко, Мыхайленков (если семья переселилась в Россию и фамилию русифицировали), а также Михалченко, Мыхайлов.

Географически фамилия тяготеет к Полтавской, Черниговской и Сумской областям — именно там диалектная черта «ы» вместо «и» была особенно сильна. Встречается она и на Кубани, куда в конце XVIII — начале XIX века переселяли запорожских и малороссийских казаков. Кстати, казацкая среда — наиболее вероятная социальная среда возникновения фамилии: в реестрах Войска Запорожского XVII века много фамилий на -енко, образованных от крестильных имён в просторечной форме.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, как по-разному могла выглядеть одна и та же основа. Михайленко — литературный вариант, он встречается в десять раз чаще. Мыхайленко — его диалектный близнец, сохранивший местный колорит. Есть ещё Мыхайлик, Мыхайлов, Мыхайлюк — все они от одного корня, но с разными суффиксами, указывающими на разные регионы и способы образования. Фамилия Мыхайленко — не ошибка писаря, а осознанная фиксация живого произношения, и это делает её особенно ценной для историков языка.