Фамилия Попиленко — характерный пример украинской модели образования фамилий, где суффикс -енко указывает на происхождение от отца или предка. В буквальном смысле Попиленко — это «попович», «сын попа». Такие фамилии на -енко массово формировались на территории Поднепровья, Левобережной и Слободской Украины в XVII–XVIII веках, и Попиленко — одна из тех, что прямо называла социальное положение родителя.

Основа «поп» в данном случае — не имя и не прозвище, а указание на церковный чин: священник, иерей. В украинской среде фамилии от слова «поп» встречаются в разных форматах: Попов (русская модель), Попенко, Попович, Попиленко. Последний вариант — с суффиксом -иленко, который встречается реже, чем просто -енко. Это может быть диалектная или фонетическая особенность: в некоторых говорах «попиленко» звучало как «попенко» с растянутой гласной или под влиянием слова «попил» (пепел), но основная версия всё же церковная.

Версия о происхождении от прозвища «Попила» (возможно, от слова «попил» — пепел, зола) менее правдоподобна, хотя полностью исключать её нельзя. В украинской ономастике известны фамилии от названий ремёсел и бытовых предметов, но для Попиленко логичнее видеть в корне «поп»: слишком прозрачная и распространённая модель. Если бы фамилия была связана с золой, она скорее приняла бы форму Попелюх, Попель или Попелястый.

Географически Попиленко — фамилия, типичная для центральных и восточных областей Украины: Полтавщина, Черкащина, Киевщина, а также для юга России, куда украинские переселенцы принесли свои фамилии в XVIII–XIX веках. В русских переписях фамилия могла записываться с вариациями: Попеленко, Попиленко, иногда через «а» — Папиленко, но это уже искажения при записи.

Социальный контекст: предки носителя фамилии, скорее всего, происходили из семьи сельского священника или дьячка. В украинском казацком обществе поповичи нередко сами становились священниками, но могли и уходить в казачество или мещанство. Фамилия не указывает на дворянство, но и не является крестьянской в строгом смысле — это фамилия духовного сословия, хотя и не высшего ранга.