Фамилия Титуленко — характерный пример украинской фамилии, образованной по распространённой модели с суффиксом -енко. Этот суффикс в украинской ономастике XVI–XVIII веков выполнял роль отчества или указания на принадлежность к роду: Титуленко буквально означало «маленький Тит» или «сын Тита». В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые закрепились в основном за дворянством и духовенством, фамилии на -енко в массе своей принадлежали казачеству, крестьянам и мещанам Левобережной Украины, Слобожанщины и юга России.

Основа фамилии — каноническое мужское имя Тит. В святцах оно связано с апостолом Титом, сподвижником Павла, и с римским императором Титом, известным разрушением Иерусалима. В народной среде имя не было редким, но и не входило в десятку самых частых: его давали по святцам, а в быту часто переделывали в уменьшительные формы — Титко, Титок, Титусь. От этих форм и пошли фамилии: Титов (русская), Титухно, Титенко, Титуленко (украинские). Суффикс -ул- в основе Титуленко — редкий и указывает на ласкательное или уменьшительное прозвище: Титуло — «маленький Тит», «Титик». Такая модель (основа на -ул- + -енко) встречается в украинских фамилиях, но нечасто, что делает Титуленко более индивидуальной по сравнению с массовыми Титенко или Титовым.

Географически фамилия тяготеет к центральным и восточным областям Украины — Полтавщине, Черкащине, Киевщине, а также к югу России, куда переселялись казаки. В дореволюционных переписях Титуленко встречаются среди государственных крестьян и казаков, реже — среди мещан. Дворянской ветви с такой фамилией не зафиксировано: суффикс -енко почти не проникал в гербовники Российской империи, где преобладали фамилии на -ов и -ский.

В написании возможны варианты: Титуленко (основной) и, реже, Тытуленко (через Ы — под влиянием южнорусских говоров или украинского правописания XIX века). В современной Украине фамилия сохраняется, хотя и не входит в число самых распространённых. В России её носители — в основном потомки украинских переселенцев времён Столыпинской аграрной реформы или индустриализации XX века.