Фамилия Невтриленко — редкий случай, когда основа читается не сразу. Первое, что бросается в глаза, — суффикс -енко, типичный для украинской антропонимии. Вторая часть — «Невтрил» — на слух похожа на глагольную форму, но в действительности это искажённое прозвище или имя.

Скорее всего, в основе лежит украинское слово «втрило» (парус) или его диалектный вариант. Тогда Невтриленко — это «сын того, кто без паруса», то есть человека, который ходил под вёслами или вовсе не имел оснастки. В казацкой среде, где парус был символом скорости и удачи, прозвище «Невтрило» могло закрепиться за медлительным, неповоротливым человеком или за бедным рыбаком, неспособным купить парус.

Вторая версия, менее вероятная, связывает фамилию с польским или западноукраинским корнем «wiatr» (ветер). «Не-втрило» — «безветренный», то есть застрявший в штиле. Однако для украинского языка приставка «не-» в сочетании с существительным даёт скорее качественную характеристику (не имеющий паруса), а не состояние погоды.

Географически фамилия тяготеет к южным областям Украины — Запорожью, Херсонщине, Одесчине. Там, где Днепр и Чёрное море кормили людей, прозвища, связанные с лодками и парусами, были обычным делом. В метрических книгах XIX века Невтриленко встречаются среди государственных крестьян и казаков, что подтверждает непривилегированное происхождение.

Фамилия не получила широкого распространения, что делает её уникальной: носителей по всей Украине и России — не больше нескольких сотен человек. Суффикс -енко указывает на то, что фамилия оформилась не позднее XVIII века, когда патронимическая модель с этим суффиксом стала доминировать в украинской среде.