Фамилия Путиленко образована по типичной для украинского и южнорусского ономастикона модели: основа плюс суффикс -енко, который в XVI–XVII веках означал «сын» или «потомок». Буквально — «сын Путилы» или «маленький Путила». Именно в этой основе, а не в суффиксе, кроется главный вопрос.

Основа «Путил-» восходит к некалендарному имени или прозвищу Путило. В древнерусском языке слово «путило» могло означать «путник», «странник» или «тот, кто прокладывает путь». Однако есть и другая, более конкретная версия: в новгородских говорах «путило» — это часть рыболовной снасти, веревка с поплавками. Прозвище Путило могли дать рыбаку или человеку, который занимался изготовлением снастей.

Спор между этими двумя версиями решается в пользу «путника»: фамилии с корнем «Пут-» (Путилов, Путин, Путилин) распространены шире, и в большинстве случаев они связаны с дорогой, а не с рыболовством. Тем не менее, для южных регионов, где фамилия Путиленко встречается чаще, возможен и ремесленный оттенок — в казачьей среде прозвища нередко давали по занятию.

Примечательно, что в русской традиции фамилия с суффиксом -енко обычно указывает на украинское или белорусское происхождение рода. Носители Путиленко — это потомки человека по имени Путило, который, скорее всего, жил на территории современной Украины или в южных губерниях Российской империи. В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, модель на -енко не застыла в сословном смысле: её носили и крестьяне, и казаки, и мещане, так что социальный статус предка определить по одной фамилии невозможно.

Изредка встречается вариант Путиленко с ударением на второй слог (Пути́ленко), но нормативным считается ударение на третий слог — Путиле́нко, что характерно для большинства фамилий на -енко. В написании путаницы обычно не возникает, хотя в метрических книгах XIX века можно встретить формы «Путиленков» — это результат русификации окончания при переезде в северные губернии.