Фамилия Пелишенко образована от прозвища Пелих, которое восходит к украинскому нарицательному «пелех». В переводе на русский язык это слово означает «клок» — шерсти или волос, а по отношению к человеку — «лохмач», то есть тот, у кого длинные, густые, взъерошенные волосы. Скорее всего, прозвище Пелих указывало на особенности внешности предка: так могли назвать человека с непослушными, торчащими волосами.

Однако у слова «пелех» было и другое значение — «старый», «дед». Поэтому не исключено, что прозвище Пелех закрепилось за пожилым человеком. Чередование звуков е/и в основе объясняется влиянием икающих говоров, распространённых в южнорусских и украинских диалектах.

Одно из первых упоминаний родственного именования в письменных источниках относится к началу XVI века: в труде С. Б. Веселовского записан Пелех Иван Кузьмич Александров. Сама модель фамилии Пелишенко — типично украинская: суффикс -енко указывает на «сына» или «потомка». То есть Пелишенко буквально означает «сын Пелиха». Так прозвище Пелих закрепилось за человеком как основное именование, а со временем легло в основу фамилии, которую унаследовали его потомки.