Фамилия Помеленко — редкий случай, когда основа слова прозрачна, а вот механизм её появления в качестве фамильного прозвища неочевиден. В её основе лежит глагол «молоть» в значении «молоть зерно», и первое, что приходит на ум, — связь с профессией мельника. Однако здесь есть тонкость.

Суффикс -енко указывает на украинское или южнорусское происхождение. В этой модели фамилии обычно образовывались от имени или прозвища отца: если отца звали Помел (в значении «мельник»), то сын становился Помеленко. Но форма «Помел» в качестве прозвища маловероятна — в украинской и русской традиции мельника чаще называли Мелник, Мельник или Млынарь. Гораздо логичнее предположить, что основа — «помел» как отглагольное существительное, означающее «то, чем мелют», то есть жёрнов или сам процесс помола. Тогда Помеленко — это человек, связанный с помолом: возможно, не сам мельник, а его работник, подручный, тот, кто «помогал молоть».

Есть и другая, более прозаичная версия. В некоторых говорах «помелом» называли метлу, а «помеленко» — того, кто метёт, убирает. Прозвище могли дать человеку опрятному, подметальщику или, наоборот, в насмешку — неряхе. Но эта версия слабее: связь с помолом зерна встречается чаще и даёт более естественное объяснение для фамилии, ведь мельничное дело было повсеместным, а метла — бытовой утварью, редко становившейся основой для родового имени.

Фамилия не относится к числу древних аристократических — её носителями были крестьяне и ремесленники юга России и Украины. Встречается она нечасто, что делает каждую ветвь рода Помеленко локально уникальной: скорее всего, все носители в конкретном селе — потомки одного человека, получившего прозвище за работу на мельнице.