Фамилия Пилешко звучит нехарактерно для великорусского уха, и это не случайность: она украинского или белорусского происхождения. Её выдают суффикс -к- и окончание -о, типичные для западнорусских земель. В основе фамилии лежит прозвище Пилешко, которое образовано от слова «пила». В диалектах юго-западной Руси «пилешко» — это не просто уменьшительное от пилы, а прозвище человека с острым, въедливым характером или того, кто работал с пилой: плотника, лесоруба, столяра. Встречается и другая версия: корень может восходить к глаголу «пилити» (от украинского «пиляти» — пилить, надоедать), то есть прозвище давали докучливому человеку.

Фамилия закрепилась в форме отчества: Пилешко — это буквально «сын Пилешка». Такая модель (без патронимических суффиксов -ов/-ев) — прямой признак украинской или белорусской ономастики. В польских говорах встречается вариант Pileszko, что не меняет сути. Географически фамилия тяготеет к Галиции, Волыни и западным областям Беларуси, где до сих пор живут носители с этой фамилией.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Пильщиков, Пилов, Пилкин — показывает разницу: русские варианты оформлены суффиксами принадлежности, а Пилешко сохранило исходное прозвище почти без изменений. Это редкий случай, когда фамилия не «обрусела» и не получила типового окончания. Сословного статуса у фамилии не было: её носили крестьяне и ремесленники, реже — казаки. В современных записях Пилешко встречается редко, но сохранилось в среде потомков переселенцев с Западной Украины, в частности в Тернопольской и Львовской областях.