Фамилия Самуленко образована по типичной для украинского и белорусского ономастикона модели с суффиксом -енко. Этот патронимический суффикс, буквально означающий «маленький» или «сын», указывает на происхождение от отца по имени или прозвищу. В основе фамилии лежит имя Самула — народная, разговорная форма крестильного имени Самуил. Имя Самуил (древнееврейское Шемуэль — «услышанный Богом») было широко распространено среди православных, а также католиков на западнорусских землях. Таким образом, Самуленко — это «сын Самулы».

Интересно, что в отличие от русских фамилий на -ов/-ев (Самуилов), форма на -енко закрепилась именно в украинской среде. Это даёт основание связывать происхождение фамилии с территорией современной Украины или юго-западных регионов Беларуси, где такие суффиксы были основным способом образования фамилий у казачества, крестьянства и мещанства. В документах XVII–XVIII веков на Левобережной Украине нередко встречаются записи казаков с подобными фамилиями — Самуленко, Самуйленко, Самусенко — все от одного корня.

Поскольку имя Самуил в народе часто сокращалось до Самула, Самусь, Самуйло, фамилия Самуленко не уникальна, но и не относится к числу самых массовых. Она входит в группу однокоренных фамилий, различающихся суффиксами: Самуйленко (от Самуйло), Самусенко (от Самусь), Самуль (без суффикса). Выбор конкретной формы зависел от местной традиции и того, как именно называли родоначальника в быту.

Социальный статус первых носителей, скорее всего, был простым: крестьяне или ремесленники. Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не зафиксировано. Встречается она и у белорусов, и у украинцев, причём написание устойчиво — без вариантов вроде «Самоленко», что говорит о связи с конкретным именем, а не с нарицательным словом.