Фамилия Пальонко звучит редко, и её происхождение не лежит на поверхности. Скорее всего, перед нами пример фамилии украинского или белорусского происхождения, что выдает характерный суффикс -енко. В украинской и белорусской традиции этот суффикс обозначал «сын» или «потомок»: Пальонко — это буквально «маленький Паля» или «сын Пали».

Ключевой вопрос — что скрывается за основой «Пальо-»? Самая вероятная версия отсылает к прозвищу или имени Паля. Это могла быть уменьшительная форма от канонического имени Павел (через украинское Павло, где звук «в» перед гласной мог перейти в «л» в диалектах) или от имени Палладий (крайне редкое, но возможное). Однако куда правдоподобнее, что Паля — это прозвище, данное человеку по профессии или занятию. В украинском языке слово «палити» означает «жечь», «сжигать». Прозвище Паля мог получить либо угольщик (выжигатель древесного угля), либо человек, занимавшийся подсечным земледелием (выжигал лес под пашню), либо даже кузнец, работавший с огнем. Есть и более прозаичный вариант: в некоторых говорах «паля» — это палка, кол, жердь. Тогда прозвище могло указывать на высокого, худого человека.

Менее вероятная, но не исключенная версия — связь с польским словом «pal» (кол, столб) или с именем Палёнка (как отчество от польского имени, например, Hipolit, в народной форме). В таком случае фамилия могла бытовать на западноукраинских землях, граничащих с Польшей.

Географически фамилия Пальонко встречается в основном в центральных и восточных областях Украины, а также в южных регионах России, куда переселялись украинцы. Сословная принадлежность носителей, скорее всего, была крестьянской или казачьей. В дворянских родословных эта фамилия не зафиксирована, что типично для патронимических фамилий на -енко, которые в массе своей оформились у простого населения в XVII–XVIII веках. Таким образом, предок современного носителя фамилии Пальонко, вероятно, был человеком, связанным с огнем или земледелием, либо просто носил прозвище, данное по внешнему признаку.