Фамилия Цвиленко звучит на южнорусский и украинский лад, и её разбор стоит начать с суффикса. Формант -енко, характерный для восточной Украины, указывает на «маленького», «сына» или «ученика» того, кто назван в корне. В данном случае корень — Цвил-.

Самая прямая версия связывает фамилию с диалектным глаголом «цвилить» — ныть, плакать, жаловаться или докучать. В украинском и южнорусских говорах «цвiлий» (цвилый) означало плаксивый, капризный, а также гнилой или прелый (от «цвіль» — плесень). Если отталкиваться от прозвища, то Цвиленко — это сын Цвиля, то есть человека, которого прозвали за привычку ныть или за болезненный, «гнилой» вид. Вторая, менее распространённая версия, — от имени Цвили (возможно, просторечная форма от Цвилиан или от названия растения, но это спорно).

Географически фамилия тяготеет к Черниговщине, Полтавщине и Сумщине — регионам, где суффикс -енко был основным способом образования фамилий у крестьян и казаков. В реестрах Запорожского войска XVII века встречаются прозвища, созвучные «Цвилю», но сама фамилия Цвиленко фиксируется в метрических книгах XIX века, что говорит о её позднем закреплении — в среде, где людей долго называли по отцу или по прозвищу, а фамилией это стало только при переписях.

Интересно, что однокоренные фамилии (Цвиль, Цвилюк, Цвиленев) встречаются реже, а Цвиленко — самая частая форма, что подтверждает её модель «сын Цвиля». Никакой связи с дворянством или известными родами у неё нет — это типичная крестьянская или казацкая фамилия, возникшая из бытового прозвища.