Фамилия Носоленко — яркий пример украинской модели фамилии на -енко, которая в XVII–XVIII веках распространилась по всей Левобережной Украине и югу России. Суффикс -енко в украинской ономастике означает «сын» или «потомок», то есть Носоленко — это буквально «сын Носола» или «маленький Носол». Основа фамилии — прозвище Носол, которое могло звучать и как Носол, и как Носель, и как Носоль.

Самая прямая версия происхождения прозвища — от слова «нос». В славянской антропонимии прозвища по частям тела (Нос, Губа, Ухо, Лоб) давали людям с яркой внешней чертой: обладателю большого, длинного или необычной формы носа. Уменьшительная или пренебрежительная форма Носол могла означать «носатый человек» или «тот, у кого нос крючком». Однако есть и вторая, менее очевидная гипотеза: прозвище могло образоваться от глагола «носить» или «носать» (в диалектах — таскать, волочить), и тогда Носол — это носильщик, грузчик, работник на перевозках. В украинских говорах слово «нос» также могло обозначать не только часть лица, но и мыс, выступ на местности — маловероятно, но для полноты картины стоит упомянуть.

Географически фамилия Носоленко тяготеет к центральным и восточным областям Украины: Полтавщина, Черкасщина, Сумщина, а также к приграничным районам России — Белгородская и Курская области. Именно там в XIX веке в ревизских сказках и метрических книгах чаще всего фиксировали крестьян и казаков с этой фамилией. Сословно предки Носоленко, скорее всего, относились к казачеству или государственным крестьянам — типичные носители украинских фамилий на -енко редко были дворянами.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает понять словообразовательное гнездо: Нос, Носов, Носач, Носенко, Носаль, Носатый. Носоленко стоит в ряду с Носолем, Носолом, Носольским — все они восходят к одной основе, но суффикс -енко выдает именно украинское, а не великорусское происхождение. Если бы фамилия закрепилась в русской среде, она бы звучала как Носолов или Носолин.

В написании фамилии встречается вариант Носолёнко (с буквой ё), что не меняет смысла, но отражает местное произношение. Сегодня фамилия редкая, носителей немного, и это делает её особенно ценной для генеалогического поиска: найти предков Носоленко проще, чем обладателей распространённых фамилий, — их следы в архивах не размыты массой однофамильцев.