Фамилия Отнельченко звучит необычно, и её редкость — первая подсказка. Это украинская фамилия, образованная по продуктивной модели с суффиксом -енко, который в XVI–XVIII веках закрепился на Левобережной и Слободской Украине как указание на сына или потомка (буквально «маленький», «сын такого-то»). В основе фамилии лежит прозвище Отнель — нецерковное имя или уличное прозвание. Словообразовательная цепочка проста: прозвище Отнель → Отнельченко (потомок или сын Отнеля). Суффикс -ченко — результат чередования «л» и «ч» в украинской фонетике, обычное явление при добавлении уменьшительно-патронимического суффикса.

Корень «Отнель» — тёмный и допускает несколько версий. Самая правдоподобная связывает его с диалектным украинским «отніль» или «отнель» — так в некоторых говорах называли отаву, то есть траву, выросшую после покоса. Прозвище Отнель могли дать косцу, пастуху или человеку, чья работа была связана с сеном и лугами. Такие прозвища по роду занятий — частый источник украинских фамилий. Менее вероятна, но допустима версия от имени собственного: в западноукраинских землях встречалось имя Отнель как вариант от Оттон (через польское Otton или Otnel). Однако документальных подтверждений широкого бытования этого имени нет.

Географически фамилия Отнельченко тяготеет к центральным и восточным областям Украины, особенно к Черкасской и Полтавской губерниям, где суффикс -енко доминирует. В России она встречается единично, чаще всего в потомках переселенцев конца XIX — начала XX века. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые в Российской империи часто получали крестьяне при переписях, Отнельченко сохраняет украинскую патронимическую форму, что указывает на более свободное бытование прозвища до реформ.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Отнель, Отнельченко, Отнельчук) показывает, что прозвище было локальным, не вышло за пределы одного-двух сёл. Фамилия не подверглась русификации, поэтому её написание устойчиво: всегда через «е» в первом слоге, без вариантов «Отнильченко». Ударение, скорее всего, падает на второй слог — Отне́льченко, как в большинстве украинских фамилий на -енко.