Фамилия Вавильченко — характерный пример того, как на южных и восточных землях бывшей Речи Посполитой и Российской империи переделывали церковное имя на свой лад. Основа здесь — каноническое имя Вавила, которое в святцах связано с мучеником Вавилой Антиохийским. Имя это в народе, особенно в украинских и белорусских говорах, звучало как Вавиль, с мягким окончанием. От этой обиходной формы и пошла фамилия.

Суффикс -ченко — один из самых распространённых украинских патронимических показателей, означающий «сын» или «потомок». По этой модели образованы тысячи фамилий: Иващенко, Грищенко, Тимошенко. Вавильченко, таким образом, буквально — «сын Вавиля», то есть потомок человека, которого звали Вавилой. Ударение в таких фамилиях традиционно падает на второй слог: Вави́льченко.

Редкость фамилии объясняется тем, что имя Вавила само по себе не было массовым. В народной среде оно нередко сливалось с похожим по звучанию словом «вавилон» — так в некоторых регионах называли путаницу, суматоху или просто что-то большое и непонятное. Однако для происхождения фамилии эта версия вторична: основой почти наверняка послужило крестильное имя, а не бытовое прозвище.

Географически фамилия тяготеет к левобережной Украине и югу России, где в XVIII–XIX веках оседали выходцы из Черниговской и Полтавской губерний. Встречается она и сейчас, но нечасто — в основном в Сумской, Харьковской областях и в Краснодарском крае. Носители Вавильченко в прошлом были преимущественно крестьянами или казаками, никакого дворянского или купеческого следа эта фамилия не оставила.